分布式星载雷达栅瓣抑制技术研究

摘要

分布式星载雷达的卫星间距远超过雷达辐射微波的半波长，因此会产生较多的孔径干涉栅瓣，从而不能正确区分空间回波的角度，产生角度模糊。本文主要针对分布式星载雷达的栅瓣抑制问题进行了研究。
　　 首先介绍了分布式星载雷达的工作原理，然后分析了地球自转的影响：偏航角会影响实际当中的锥角，偏航幅度会影响多普勒幅度，二者一起作用将会使多普勒频率发生平移。接下来对距离模糊、多普勒模糊、角度模糊和分布式星载雷达的地杂波分布进行了分析，模糊的存在对分布式星载雷达的动目标检测构成严重的干扰。因此，具有多普勒模糊、距离模糊以及多栅瓣的杂波抑制问题是分布式星载雷达必须解决的关键问题。
　　 接下来主要针对分布式星载雷达的栅瓣抑制问题，研究了三种抑制方法：
　　 1、基于遗传算法的抑制非均匀分布式星载阵列栅瓣的方法。该方法采用遗传算法来确定超稀疏的非均匀分布式星载阵列的位置矢量，采用个体的实值编码提高了遗传算法的计算效率。在给定卫星阵列基线长度和卫星间最小间距约束的条件下，通过仿真实验验证了该方法抑制栅瓣的有效性。卫星个数越多，栅瓣抑制效果越好。随着小卫星技术的发展，小卫星成本的降低，基于非均匀分布阵列的栅瓣抑制方法对小卫星的分布设计具有一定的参考价值。
　　 2、基于频分MIMO技术的栅瓣抑制方法。在孔径之间的间距L不变时，采用频分MIMO技术发射方案时栅瓣的抑制效果和频率间隔△f、发射正交波形的数目有关。发射的正交波形数目越多，就有更多的波束合成用来降低栅瓣；频率间隔△f越大，栅瓣位置的变化就越大，栅瓣抑制效果越好。采用正交频分MIMO技术是消除角度模糊影响、提高稀疏孔径动目标检测性能的有效途径。
　　 3、研究了一种基于三频分集的抑制均匀分布式星载阵列栅瓣的方法。雷达系统通过发射或接收三种不同的频率，将其无栅瓣模糊测角范围从±λM/d增加到±QλM/(Pd)，则雷达系统在一(Q-1)λM/(Pd)～+(Q-1)λM/(Pd)的角度范围内就抑制了稀疏阵列栅瓣指向模糊的影响。这种方法可以有效的解决分布式星载雷达系统波束栅瓣模糊的问题，以较低的成本获得高的角分辨力和测角精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1课题背景及意义

1.2国内外发展动态

1.3本文的主要工作

第二章分布式星载雷达的相关理论

2.1概述

2.2分布式星载雷达的工作原理

2.3地球自转的影响

2.3.1偏航角和偏航幅度特性

2.3.2地球自转引起的多普勒频率差

2.4分布式星载雷达的模糊性分析

2.4.1距离模糊

2.4.2多普勒模糊

2.4.3角度模糊

2.5分布式星载雷达干涉阵列和地杂波分布

2.6本章小结

第三章非均匀分布式星载阵列的栅瓣抑制方法

3.1概述

3.2遗传算法简介

3.2.1遗传算法的基本用语

3.2.2遗传算法的工作原理

3.2.3遗传算法的优点

3.3遗传算法在栅瓣抑制中的应用

3.3.1优化变量的实值编码和适应度函数

3.3.2初始群体的创建

3.3.3选择

3.3.4交叉和变异

3.4仿真实验与结果分析

3.5小结

第四章基于频分MIMO技术的栅瓣抑制方法

4.1概述

4.2 MIMO雷达基本原理

4.3超稀疏分布式MIMO雷达阵列的波束形成

4.3.1分布式星载阵列的信号模型

4.3.2仿真结果

4.4频分MIMO技术在栅瓣抑制中的应用

4.5仿真结果分析

4.6本章小结

第五章基于三频分集的均匀分布式星载阵列的栅瓣抑制方法

5.1概述

5.2三频分集抑制栅瓣的原理

5.3仿真分析

5.4本章小结

第六章结束语

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果