数字阵列雷达数据处理技术

摘要

数字阵列雷达(DAR)是一种接收和发射都采用数字波束形成技术的数字化相控阵雷达，一方面，其具有系统资源调度和波束指向控制更加灵活，易于实现多功能和多任务；信号接收处理动态范围大，抗干扰能力强；可形成各种特殊赋形的照射波束，以实现可控的空间功率分配；通过同时形成多个波束，可以实现宽角空域覆盖和对多个目标的同时高数据率搜索、跟踪等特点。另一方面，由于数字阵列雷达的信号产生和接收处理全部采用多通道并行的数字化处理技术，其系统构成十分复杂，实时产生的海量信号数据对系统的数据吞吐和处理能力要求极高，多功能和多任务带来的系统控制、资源调度和目标数据处理的复杂性对数字阵列雷达数据处理系统的设计和工程实现形成巨大挑战。
　　 本论文课题针对某数字阵列雷达的技术特点和数据处理功能需求，开展数字阵列雷达数据处理算法、数据处理流程设计和数据处理系统工程化实现方法研究，重点分析研究了数字阵列雷达实现多功能和多任务的数据处理流程及数据处理系统工程实现中的关键技术，对从警戒搜索、目标确认到排序跟踪各环节的处理算法进行了仿真分析，给出了数字阵列雷达数据处理流程的优化设计方案。
　　 本论文完成的主要研究工作包括：
　　 (1)数字阵列雷达数据特点及数据处理模式分析研究。分析了数字阵列雷达的回波点迹延伸和波束调制特性，针对数字阵列雷达系统数据处理的功能需求和数据处理流程穿插交替的特点，研究了多目标数据处理的警戒搜索任务执行过程、目标截获确认过程和多目标跟踪任务编排调度执行过程的数据处理模式。
　　 (2)数字阵列雷达多目标数据处理算法研究。重点讨论了目标航迹起始、点迹数据关联和跟踪滤波三个关键环节的算法；针对点迹密集环境下现有基于Hough变换的目标航迹自动起始算法的不足，提出了一种改进的单变量Hough变换航迹起始方法，能够在较复杂的杂波剩余背景中较好地实现目标航迹的自动起始，而产生的虚假航迹较少；对多目标跟踪的点迹数据关联和跟踪滤波算法进行了仿真分析，给出了对最近邻法和交互多模式跟踪算法的分析评估结果。
　　 (3)数字阵列雷达目标跟踪数据更新率自适应调整算法研究。针对雷达系统时间能量资源有限和目标运动特性复杂多变的情况，结合数字阵列雷达天线波束灵活可控的特点，分析了采用目标跟踪数据率自适应调整方法提高系统资源利用率和对多目标跟踪探测能力的常用算法，提出了一种均衡目标跟踪效果与系统资源利用率的目标跟踪数据率自适应系统资源调度算法。
　　 (4)数字阵列雷达数据处理流程设计和仿真分析研究。针对某数字阵列雷达的多目标数据处理任务需求，设计了警戒搜索探测模式、目标捕获确认模式和目标跟踪模式下的数据处理流程，在系统资源调度、管理系统的统一控制下，根据系统工作模式、瞬时工作状态和目标态势情况，三种模式下的数据处理流程自动交替切换，相互配合完成警戒探测、搜索发现、捕获确认和精确跟踪的多种数据处理任务。给出了对数字阵列雷达数据处理流程的仿真分析结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文课题的研究背景和意义

1.2雷达数据处理技术发展概况

1.3本论文主要研究内容和论文的安排

第二章数字阵列雷达数据特点及数据处理流程分析

2.1回波点迹数据特性分析

2.1.1回波点迹的空域和时域延伸特性分析

2.1.2回波点迹的天线波束调制特性

2.2数字阵列雷达的工作方式

2.2.1警戒搜索数据处理模式

2.2.2目标捕获确认模式

2.2.3建航跟踪模式

2.3本章小结

第三章数字阵列雷达多目标数据处理算法

3.1航迹起始

3.1.1基于Hough变换的航迹起始

3.1.2一种改进的单变量的Hough变换的航迹起始

3.1.3仿真结果与分析

3.2数据关联

3.2.1相关波门

3.2.2数据关联算法

3.3航迹跟踪滤波

3.3.1基本滤波算法

3.3.2交互多模式滤波算法

3.3.3跟踪滤波算法效果评价

3.4本章小结

第四章数字阵列雷达数据更新率自适应调整算法

4.1数字阵列雷达跟踪数据率选取原则

4.2三种常用的数据率自适应调整算法

4.2.1公式法

4.2.2递推法

4.2.3预测协方差门限法

4.3一种简单快速数据率自适应调整算法(FAIMM)

4.5本章小结

第五章数字阵列雷达数据处理流程设计和仿真分析

5.1数字阵列雷达系统仿真原理

5.2数据处理模块的设计

5.2.1数据处理模块的整体设计

5.2.2警戒搜索模式下的数据处理流程设计

5.2.3建航跟踪模式下的数据处理流程设计

5.3某数字阵列雷达数据处理流程仿真结果

5.4本章小结

第六章总结和展望

致谢

参考文献