分布式运动平台MIMO雷达干扰对抗技术研究

摘要

分布式运动平台多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达对目标实施远程探测和跟踪，当平台抵近目标时，对方侦察到我方信号，可能实施压制干扰。这种情况下，雷达收到的干扰信号往往很强，且多从天线方向图的主瓣进入，常规处理手段难以进行有效的抑制，会严重影响雷达对目标的检测和参数测量。 本文以分布式运动平台MIMO雷达为研究对象，研究了分布式运动平台MIMO雷达协同抗干扰技术系统框架，并重点从多平台协同对干扰源进行定位、主瓣干扰抑制技术、对目标进行角度测量以及采用数据融合方法对目标进行跟踪等进行研究，主要内容包括： 1、首先对分布式MIMO雷达原理进行介绍；研究了多平台多通道模式以及单平台多通道模式下的分布式运动平台MIMO雷达协同抗干扰技术系统框架，并对系统处理流程进行了分析；提出了一种非规则阵面下基于子阵通道划分的信号建模方法。 2、研究了分布式运动平台MIMO雷达的干扰源定位技术，并提出了一种新的协同定位方法。该方法以各平台对干扰源的方向到达(Direction Of Arrival,DOA)估计为基础，结合地面惯性坐标系、平台站体惯性坐标系、平台站体坐标系、平台阵面执行坐标系等坐标系之间的转换关系以及各平台自身的位置、姿态飞行角信息，推导出干扰源的位置坐标，从而实现对干扰源的定位。本文对该方法的有效性进行了验证，并以DOA估计误差对定位精度的影响进行了分析。 3、研究了数字多通道阵列的主瓣干扰对抗技术。当通过DOA估计测得干扰来向不在主瓣内时，常规自适应波束形成方法可以有效对抗干扰；当干扰在主瓣内时，常规自适应波束形成方法会使得波束图的主瓣畸变且旁瓣抬高。针对这一问题，研究了几种能实现主瓣保形的干扰抑制算法，包括基于阻塞矩阵预处理的干扰抑制算法、基于特征投影预处理的干扰抑制算法、基于特征投影及协方差矩阵重构的干扰抑制算法、基于斜投影预处理的干扰抑制算法，并仿真分析了这几种主瓣干扰抑制算法的性能。 4、研究了分布式运动平台MIMO雷达的目标角度测量与跟踪滤波技术。针对常规单脉冲测角方法在有主瓣干扰情况下，测角精度严重恶化的问题，研究了空域自适应的单脉冲测角方法，通过对俯仰差波束、方位差波束的权值进行修正，既能确保有效抑制干扰，又能确保俯仰差波束、方位差波束的鉴角曲面在不失真情况下达到稳定测角的功能。针对传统单站雷达系统对目标跟踪性能不稳定且提升空间有限的问题，研究了分布式运动平台MIMO雷达的跟踪滤波技术，并将多平台通过卡尔曼滤波输出的目标航迹信息进行数据融合，提高系统对目标跟踪的精度，由此得到更加准确的目标位置信息。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 主要工作及内容安排

第二章 分布式运动平台MIMO雷达系统框架与阵列信号模型

2.1 分布式运动平台MIMO雷达原理

2.1.1 正交相位编码信号

2.1.2 正交步进频分线性调频信号

2.2 分布式运动平台MIMO雷达工作流程

2.3 分布式运动平台MIMO雷达协同抗干扰系统框架

2.3.1 多平台多通道模式

2.3.2 单平台多通道模式

2.4 阵列信号模型

2.4.1 阵元级接收信号模型

2.4.2 子阵级接收信号模型

2.4.3 波束形成方向图仿真

2.5 本章小结

第三章 分布式运动平台MIMO雷达对干扰源定位技术

3.1 基于MUSIC算法的对干扰源进行DOA估计方法

3.2 坐标系的定义与坐标系之间的转换关系

3.2.1 坐标系及其符号定义

3.2.2 坐标系之间的相互转换关系

3.3 对干扰源定位

3.3.1 定位公式推导

3.3.2 定位公式验证

3.4 定位误差分析

3.5 本章小结

第四章 多通道数字阵主瓣干扰抑制技术

4.1 基于常规自适应波束形成的干扰抑制

4.2 基于阻塞矩阵预处理的主瓣干扰抑制

4.3 基于特征投影预处理的主瓣干扰抑制

4.4 基于特征投影及协方差矩阵重构的主瓣干扰抑制

4.5 基于斜投影预处理的主瓣干扰抑制

4.6 仿真分析

4.7 本章小结

第五章 分布式运动平台MIMO雷达目标角度测量与跟踪滤波

5.1 目标角度测量

5.1.1 常规单脉冲和差波束测角

5.1.2 空域自适应单脉冲测角

5.1.3 仿真结果与讨论分析

5.2 分布式运动平台MIMO雷达跟踪滤波与数据融合

5.2.1卡尔曼滤波算法

5.2.2 分布式数据融合

5.2.3 仿真结果与分析

5.3 本章小结

第六章 结束语

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果