跳频编码雷达信号设计与目标运动参数估计研究

摘要

提高雷达的距离分辨力有利于在强杂波背景下的目标检测、识别和成像，是雷达研究发展的方向。高分辨雷达大都采用宽带信号作为雷达工作波形。随着微波技术、大规模集成技术和数字信号处理技术的发展，跳频编码信号这一宽带信号形式日益受到关注。本文工作结合空军某研究所国防预研基金项目，围绕雷达跳频编码信号设计和脉冲合成雷达目标运动参数估计的问题进行研究，完成的主要工作如下:
　　分析了跳频编码信号的模糊性能。推导了跳频脉冲信号的模糊函数，以碰撞阵列和模糊函数为工具，对跳频信号的一项重要指标——模糊性能进行评价。分析得出，随机跳频序列由于编码的随机性，因此模糊图接近“图钉型”，具有很好的距离-多普勒联合分辨能力。
　　研究了雷达跳频编码信号的设计及性能评价。阐述了基于同余式的跳频序列、m状态序列、Costas阵列的构造方法，简述了RS码和混沌编码的设计思想。针对基于同余式的跳频序列编码方式进行了扩充:对QCC码定义式进行了扩展，在CCC码的基础上提出了其倒数序列族——EICCC码。LCC码元素间的线性关系导致了高旁瓣，而EHCC码、QCC码、CCC码、m状态序列、Costas阵列以及新构建的EICCC码等均有较理想的“图钉型”模糊函数。
　　研究了跳频脉冲合成高分辨雷达一维距离成像及目标运动速度估计方法。首先分析了脉冲合成一维距离像的成像原理，其次分析了目标运动对距离像的影响，研究了目标运动参数的估计方法。在发射跳频波形的模糊图呈“图钉型”且无噪声的条件下，可使用波形熵法对目标运动速度进行准确估计;若条件不满足，则单独使用该方法无法得到准确的估值。为解决这一不足，本文设计出一种基于回波信号比值的速度估计方法。该方法的估值结果不受雷达使用的跳频序列的影响，且抗噪性能高，但速度估计的大范围和高精度要求不能同时满足。最后，综合利用两种速度估计方法的优势，设计出目标运动速度估计的流程。通过实例仿真，表明这一流程对跳频雷达以非理想“图钉型”模糊性能的跳频编码信号作为工作波形，在低信噪比环境下工作时，达到了很好的速度估计结果。

目录

摘要

缩略词

注释表

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 跳频技术

1．2．1 通信、导航中的应用

1．2．2 声呐中的应用

1．2．3 天基雷达中的应用

1．3 脉冲合成高分辨雷达技术

1．3．1 高分辨雷达

1．3．2 脉冲合成高分辨雷达

1．4 本文内容安排

第二章 跳频序列设计的数学基础与模糊理论

2．1 跳频编码信号

2．2 跳频信号设计的数学基础

2．2．1 同余理论

2．2．2 有限域理论

2．3 跳频编码脉冲信号的性能评价

2．3．1 跳频脉冲信号的碰撞阵列

2．3．2 信号的模糊函数

2．4 本章小结

第三章 雷达跳频编码信号的设计

3．1 基于同余式构造的跳频序列

3．1．1 LCC码

3．1．2 HCC码

3．1．3 QCC码

3．1．4 CCC码

3．2 m序列

3．3 Costas阵列

3．4 其他编码方式

3．4．1 RS码

3．4．2 混沌编码

3．5 对基于同余式构造的跳频序列编码方式的推广

3．5．1 对QCC码定义的推广

3．5．2 对CCC码进行倒数置换

3．6 本章小结

第四章 跳频雷达目标径向距离域成像与运动参数估计

4．1 距离成像原理

4．1．1 合成径向距离像产生原理

4．1．2 静止目标的一维距离像

4．2 运动补偿

4．2．1 目标匀速运动对一维距离像的影响

4．2．2 运动补偿

4．3 运动参数的估计方法

4．3．1 基于波形熵的运动参数的估计方法

4．3．2 波形熵法运动参数估计的结果

4．3．3 基于脉组回波信号比值的运动参数估计方法

4．3．4 基于脉组回波信号比值的运动速度估计结果分析

4．4 运动参数估计的流程设计

4．4．1 两种运动参数估计方法的比较

4．4．2 流程设计

4．4．3 实例仿真

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文