基于微波热辐射阵列接收的空间谱估计校正算法

摘要

无源微波探测技术是一种基于目标微波热辐射的全被动目标探测技术，该方法具有隐蔽性好，不易被发现，不受气候条件和战场烟尘的影响等优点。 但单个接收天线的微波辐射计难以达到较好的空间分辨率，采用天线阵列和阵列信号处理可将多个小口径天线合成为一个等效的大天线，以提高空间分辨率。但传统的阵列信号处理方法（如：综合孔径算法）的空间分辨率是由天线阵列最大基线长度决定的。为了进一步提高分辨率，可将自适应阵列信号处理中的空间谱估计方法应用于微波热辐射阵列接收系统，实现超分辨率目标探测。 但具有高分辨率的空间谱估计算法是建立在理想阵列信号处理模型基础上的，由于在实际应用中阵列误差不可避免，使该类算法性能下降，甚至失效。因此需要研究误差校正算法。本论文深入分析和比较了各种成熟空间谱估计校正算法，发现传统的通道幅相误差校正算法忽略了通道间增益不一致对噪声的影响。而微波热辐射阵列接收系统接收到的信号是微波热辐射信号，其能量相对于接收机通道噪声来说是相当的甚至更低，此时不能够忽略通道幅相误差对接收机通道噪声的影响。本论文在原单辅助信源校正算法基础上，提出了改进校正算法，该算法利用自相关矩阵对角线部分求解通道的幅度误差，用最小二乘法对上三角部分求解通道相位误差。 本论文首先采用仿真实现了传统的和改进的校正算法，证实改进的校正算法在高信噪比下与传统的校正算法性能相当，在低信噪比下远远优于传统的校正算法，验证了理论推导的正确性。然后将改进的单辅助信源通道幅相误差校正算法结合MUSIC算法实际应用于本研究所的微波热辐射阵列接收系统中对目标微波热辐射信号进行探测，多项实验的结果均表明改进校正算法探测效果优于传统校正算。最后,将空间谱估计算法对目标微波热辐射信号的探测实验结果与其它典型的阵列信号处理算法进行比较，发现其对空中小目标的探测效果比傅立叶法好，同时比G矩阵法实现代价小、速度快、占用存储空间少。