基于无源雷达的动目标回波仿真与定位研究

摘要

随着现代电子战争中雷达侦察系统的“四大威胁”的日益严峻，无源雷达由于其具有良好的“四抗性”，较好的隐蔽性，抗打击能力强，侦察范围广等诸多优势，得到广泛的关注与研究。利用计算机仿真技术对无源雷达系统接收的动态目标回波信号进行仿真，将仿真的回波数据用于无源雷达系统的相关信号处理算法的验证、目标散射特性分析等，对于研究无源雷达系统有重要的意义。
　　针对无源雷达系统的回波信号仿真问题，首先从该系统的组成结构上与传统双基地雷达进行了对比和分析，从系统组成上分析了无源雷达系统相比于传统双基地雷达系统有“四抗性”的原因，同时给出了无源雷达系统中常用的几种外辐射源信号的性能分析和仿真，为无源雷达系统挑选外辐射源提供依据。
　　本文主要使用调频广播信号作为外辐射源信号进行研究，调频广播的带宽较窄，使该无源雷达的距离分辨率较宽，观测的飞行动目标可以用点目标模型来近似分析。点目标回波模型中，影响最大的即是目标的复散射系数(Complex radar cross section)。为了更加精确的获得目标的复散射系数，本文使用计算机辅助建模与电磁计算软件相结合的仿真方法获得目标的全姿态角下的静态RCS数据库，再针对目标运动和机体扰动问题，对其轨迹进行仿真，获得了目标的动态RCS数据。
　　针对调频广播发射天线架设不高的问题，分析了TRP(Two-ray path)传输损耗模型，给出了直达波与散射回波的功率关系。然后在传统点目标回波表达式的基础上，对无源雷达系统与目标的空间几何位置关系进行了严格的推导，分析了动目标的时延、多普勒频移及复散射系数与时间的关系，并通过仿真实验分析了复散射系数相位随时间变化对回波信号频率的影响。
　　论文最后针对多普勒分析方法不能对加速动目标进行检测的缺点，提出了基于分数阶傅里叶变换和多普勒分析的无源雷达动目标检测算法，能有效检测出目标，并正确估计出目标的时延、初始多普勒频移及目标加速度等参数，仿真验证了该方法的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文研究背景与意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 无源雷达技术国内研究现状

1．2．2 无源雷达目标回波仿真研究现状

1．2．3 无源雷达目标动目标检测与定位研究现状

1．3 本文的主要工作

2 无源雷达系统性能分析

2．1 无源雷达系统组成

2．2 外辐射信号检测性能分析

2．2．1 模糊函数

2．2．2 调频广播信号性能分析

2．2．3 GSM信号性能分析

2．3 本章小结

3 无源雷达动目标RCS计算与分析

3．1 雷达散射截面积RCS的相关理论

3．1．1 雷达散射截面积的定义及特性

3．1．2 单站RCS与双站RCS之间的关系

3．1．3 目标RCS极化特性

3．2 基于FEKO高频电磁计算软件的RCS预估方法的选择

3．3 仿真计算

3．3．1 目标几何建模

3．3．2 几何体网格划分

3．2．2 电磁计算及结果分析

3．3 目标动态RCS仿真与分析

3．3．1 仿真场景下目标的雷达视线角的计算

3．3．2 随机抖动模型

3．3．3 仿真实验

3．4 本章小结

4 无源雷达动目标回波仿真

4．1 无源雷达回波信号的组成

4．2 无源雷达系统的相关参数分析

4．2．1 广义双基地雷达功率表达式

4．2．2 直达波功率与散射回波功率

4．2．3 仿真分析

4．3 目标回波仿真

4．3．1 无源雷达系统几何关系概述

4．3．2 目标回波仿真

4．3．2 动目标回波仿真

4．4 仿真实验

4．5 本章小结

5 基于分数阶傅里叶变换的无源动目标定位与检测

5．1 传统互模糊函数法

5．2 基于多普勒分析法的无源雷达动目标检测

5．3 基于分数阶傅里叶变换的多普勒分析法的无源雷达动目标检测方法

5．3．1 多普勒频移展宽

5．3．2 基于多普勒分析和分数阶傅里叶变换的目标检测算法

5．3 仿真实验

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢