超视距宽带阵列信号波束形成技术研究

摘要

对流层中介电常数局部不均匀体在微波、超短波等波段的电波照射下，会将入射电磁能量向四面八方再辐射，也称“散射”，使电波到达散射体能“看到”而电波发射点“看不到”的超视距范围，利用对流层散射可以对视距外海面舰船所携带的雷达等辐射源进行探测。为了解决接收散射信号所需的高增益与探测所需的宽空域覆盖之间的矛盾，接收天线采用阵列形式，如何对阵列接收的宽频带辐射源信号进行有效的波束形成是影响探测性能的关键。本文围绕宽频带接收波束形成技术，重点研究了对流层散射信号传播分析与建模、宽空域宽频带多波束形成设计和基于信号特征的多波束检测算法等三个方面的内容。
　　本文首先分析了无源探测背景下对流层散射信号的传播损耗的变化情况，并重点对散射信号衰落特性进行了分析，建立了散射后的信号模型^结合美军现役的AN/SPS-48E雷达相关参数，对所建立的散射信号模型进行了仿真*得到了具体的目标信号形式，为后续波束形成算法设计、对波束形成输出的检测算法设计提供依据。
　　其次，针对各搜索预警雷达工作波段差异以及来波信号宽空域特点，提出了一种基子非等间距阵列的宽空域宽频带多波束形成算法，利用阵面两边阵元不等间距排布的方式，一定程度解决了天线孔径、阵元尺寸与接收信号频段扩屐的矛盾；通过改进的FFT多波束形成算法提取各阵元接收信号的空域信息，利用空域插值补零对齐解除阵元间距过大带来的角度模糊问题，将隱标信号功率聚集到信号来向并形成波束，可为晨续对多波束输出信号进行检测及进一步的角度估计提供初始估计范围。仿真实验验证了该算法对宽空域宽频带微弱?信号的适应性。
　　最后，根据目标信号经对it层散射后的频谱特征，提出了按照已知频率间隔进行功率谱峰积累的多波束检测算法，将围绕多个波束输出数据所进行的复杂的多元假设检验问题转化为多个简单的二元假设检验问题。仿真实验验证了检测算法在散射信号低信噪比、先验信息较少条件下的有效性。

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第 一 章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1 .2基于对流层散射的阵列信号波束形成技术研究现状

1 .3本文研究内容及组织结构

第二章对流层散射信号传播分析与建模

2.1 引言

2 .2对流层散射传播损耗分析

2 .3对流层散射衰落特性分析

2 .4典型目标信号建模仿真

2.5 小结

第三章宽空域宽频带多波束形成设计

3 .1引言

3 .2波束形成模型与方法

3 .3频带扩展的波束形成算法

3 .4算法性能分析

3 .5小结

第四章基于信号特征的多波束检测算法

4 .1引言

4 .2对流层散射信号检测特征分析

4 .3基于信号特征的多波束检测算法

4 .4仿真实验分析

4 .5小结

结束语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果