提高相控阵雷达方位向分辨率的信号处理方法研究

摘要

作为一种探测空中目标的探测器，雷达从初次投入实用到现在已经有70余年的历史。直至当今使用雷达探测依旧是现代获取空中目标信息的一个重要手段。而今，由于雷达所探测的目标本身特性的变化，对雷达本身的性能有了更高的要求。为了对远距离空间目标、低空目标、小RCS目标进行有效的探测并对目标参数进行可靠的实时测量，相控阵雷达应运而生。
　　 相比传统的使用抛物面天线的机械扫描雷达，相控阵雷达对目标方位向的分辨率受到雷达本身以及外部多种因素的影响，如目标相对相控阵天线的方位、接收波束所用的加权窗函数以及信号处理系统所使用的目标检测方式等。本文以提高相控阵雷达方位向分辨率的信号处理方法为研究内容，着重对以下两个方面进行了研究:
　　 第一个方面，对影响相控阵雷达接收波束性能的窗函数进行了研究。研究的结果表明:相比常用的Blackman、Gauss、Hamming、 Hann窗而言，当天线阵面中一个方向上的阵元使用切比雪夫窗加权时，此方向上相控阵天线的接收波束在满足给定的副瓣性能的同时，主瓣的宽度能够最小且主瓣的峰值电平更高，而这有利于提高相控阵雷达的方位向分辨率。
　　 第二个方面，考虑到雷达固有的瑞利分辨率的影响，改变阵列加权窗函数的方法对难以大幅提高雷达的方位向分辨率，这样就需要在信号处理的过程中使用到超分辨率算法。由于过去对于超分辨率算法在不同的SNR条件下的性能缺少比较，本文试图在目标分布相同而背景的SNR不同的检测场景下，确定一种受SNR影响最小的超分辨率算法。文中通过比较几种典型的超分辨率算法——矩阵求逆、SVD、MUSIC、MMSE-A、MMSE-T算法对目标的分辨结果，确定了检测性能受SNR影响最小的超分辨算法——MMSE-T算法。
　　 本文的研究结果表明:对相控阵天线在方位向的阵元上使用切比雪夫窗进行加权，并综合在信号处理时使用MMSE-T算法能够有效地提高相控阵雷达的方位向分辨率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 雷达技术发展概述

1．2 现阶段对雷达技术的新需求简介

1．3 相控阵雷达技术在实现上述新要求中的优势

1．4 相控阵雷达技术的发展与应用

1．5 本文研究的目的

1．6 本文的主要内容

第2章 相控阵雷达系统测角原理

2．1 相控阵天线简介

2．2 基本雷达方程介绍

2．3 变形的雷达方程介绍

2．4 线阵方向图公式的推导

2．5 单脉冲测定目标所在方位角的主要方法

2．5．1 幅度比较法

2．5．2 相位比较法

2．6 雷达的距离分辨率与角度分辨率

2．7 本章小结

第3章 对相控天线阵方向图的优化

3．1 有关DTFT的介绍

3．2 天线阵列加权后方向图的计算

3．3 窗函数介绍

3．4 对窗函数性能的优化

3．5 本章小结

第4章 方位测量的超分辨率问题

4．1 点扩散函数

4．2 超分辨率问题简介

4．3 超分辨率算法

4．3．1 简介与分类

4．3．2 基于点源的超分辨率问题

4．3．3 基于离散源的超分辨率问题

4．4 本章小结

第5章 四种超分辨率算法的性能比较

5．1 矩阵求逆算法

5．2 最小均方误差算法

5．3 奇异值分解算法

5．4 MUSIC算法

5．5 几个标准算法的比较

5．6 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文