线性调频类LPI雷达信号参数估计算法研究

摘要

随着雷达技术的不断进步，LPI雷达信号在新体制雷达中的应用越来越广泛。作为电子战的另一方，当前电子侦察系统面临的困难和挑战越来越严重。主要表现为信噪比低、信号形式多样、参数多变等，导致常规信号参数估计方法精度下降，甚至失效。因此，如何在复杂环境下有效估计LPI雷达信号参数，具有重要的理论研究意义和军事应用价值。
　　本文围绕线性调频类LPI雷达信号参数估计展开研究，包括线性调频脉冲信号、线性调频连续波信号以及由线性调频导出的多相编码信号。重点研究时频分析及其它时频变换算法，估计信号载频、调频斜率、调制周期等参数，结合理论分析和仿真实验对算法进行验证，深入分析算法的估计性能和适用条件，积极探索改进算法和计算机实现方法。主要工作内容包括:
　　第一章讨论了选题的背景和意义，对线性调频类LPI雷达信号参数估计的研究现状进行了综述，并简要介绍了本文的主要工作。
　　第二章介绍了LPI雷达及其信号参数估计的基础理论。首先给出LPI雷达的定义，详细论述了雷达截获因子，并说明了影响LPI雷达性能的关键因素，介绍了LPI雷达信号处理的关键技术，即脉冲压缩的原理和应用。其次，从电子侦察的角度论述了LPI雷达信号参数估计的基础理论，包括LPI雷达的信号形式、信号参数估计方法和参数估计性能评价方法。其中，对时频分析法、循环平稳法、现代谱估计等信号参数估计方法进行了综述，并讨论了克拉美罗界和基于相对均方根误差性能评价方法。
　　第三章主要研究了线性调频脉冲信号的参数估计。首先分析了线性调频脉冲信号模型，以及信号时域和频域特征。根据信号时频图的特点，分别研究了基于WHT和基于RAT的参数估计算法，分析了两种算法的性能。在此基础上，重点研究了基于FRFT、基于MST和基于LVD的LFM脉冲信号参数估计方法，并且从理论上对算法进行了分析和推导。针对MST算法中频率误差给调频斜率估计所带来的影响，提出了一种基于二维平面搜索的改进MST算法，有效地提高了信号参数估计性能。最后，仿真实验对比分析了各种算法的计算效率和估计精度，证明了提出算法的有效性。
　　第四章主要研究线性调频连续波信号的参数估计。首先，分析了锯齿波调制和三角波调制LFMCW信号的数学模型、实际截获信号波形，以及频域和时频域特征。研究了基于STFT时频图的信号参数估计，即由峰值脊线得到信号瞬时频率，进而估计信号的参数。在此基础上，提出了一种基于自适应窗宽的改进SM算法，提高了信号参数估计性能。针对低信噪比下LFMCW信号的周期估计问题，分别提出了基于循环自相关的估计算法和基于时域相关法的估计算法。另外，提出基于DCFT与相干平均的信号频率和调频斜率估计算法，在低信噪比下具有较高的估计精度。最后，通过仿真实验证明了提出算法的正确性和在低信噪比下的有效性。
　　第五章主要研究多相编码信号的参数估计。首先，分析了由LFM导出的多相编码信号，包括Frank码、P1码、P2码、P3码和P4码的数学模型、时域、频域和相位的特点。推导了多相编码信号的WVD，分别提出基于WHT和RAT的多相编码信号参数估计算法。在此基础上，重点研究了时频率分布，推导了多相编码信号时频率分布并分析其特性。通过扩展因子分析了不同时频分布的能量聚集性，提出一种基于时频率分布的多相编码信号参数估计算法。最后，通过仿真实验，将不同算法对不同多相编码信号的估计性能进行了对比分析，表明提出的算法在低信噪比下具有较好的估计性能。
　　第六章对全文进行了总结，并提出了需要进一步研究的问题。

目录

声明

摘要

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表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 选题缘由和意义

1．2 国内外研究现状分析

1．3 论文的主要研究内容及章节安排

第二章 LPI雷达及其信号参数估计概述

2．1 引言

2．2 LPI雷达的基础理论

2．2．1 LPI技术的定义

2．2．2 雷达截获因子

2．2．3 LPI雷达的关键技术——脉冲压缩

2．3 LPI雷达信号参数估计基础理论

2．3．1 LPI雷达信号形式

2．3．2 LPI雷达信号参数估计方法

2．3．3 信号参数估计性能评价

2．4 本章小结

第三章 线性调频脉冲信号参数估计

3．1 引言

3．2 线性调频脉冲信号基本特性分析

3．3 基于时频图和直线检测的LFM脉冲信号参数估计

3．3．1 基于WHT的参数估计

3．3．2 基于RAT的参数估计

3．4 基于FRFT的LFM脉冲信号参数估计

3．4．1 LFM脉冲信号的FRFT估计

3．4．2 实验结果与分析

3．5 基于MST的LFM脉冲信号参数估计

3．5．1 LFM脉冲信号的MST变换

3．5．2 基于MST的线性调频脉冲信号参数估计

3．6 基于LVD的LFM脉冲信号参数估计

3．6．1 LVD基础理论

3．6．2 实验结果与分析

3．7 本章小结

第四章 线性调频连续波信号参数估计

4．1 引言

4．2 信号模型

4．3 基于时频图的LFMCW信号参数估计

4．3．1 时频分析方法

4．3．2 基于时频图和峰值搜索的参数估计方法

4．4 基于改进SM的LFMCW信号参数估计

4．4．1 SM基础理论

4．4．2 基于自适应窗宽的改进SM算法

4．4．3 实验结果与分析

4．5 低信噪比下LFMCW信号的周期估计

4．5．1 基于循环自相关的信号周期估计

4．5．2 基于时域相关法的信号周期估计

4．6 低信噪下的LFMCW信号调频参数估计

4．6．1 基于DCFT与相干平均的参数估计算法

4．6．2 实验结果与分析

4．7 本章小结

第五章 多相编码信号参数估计

5．1 引言

5．2 多相编码信号

5．2．1 相位编码信号模型

5．2．2 多相编码信号模型

5．3 基于时频图的多相编码信号参数估计

5．3．1 基于WHT的多相编码信号参数估计

5．3．2 基于RAT的多相编码信号参数估计

5．4 基于时频率分布的多相编码信号参数估计

5．4．1 时频率分布及其性能分析

5．4．2 实验结果与分析

5．5 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 研究结论

6．2 研究展望

参考文献

致谢

作者简介