超宽带雷达脉冲压缩信号数字产生方法研究

摘要

超宽带(UWB)雷达是近年来兴起的一种新的雷达体制，它是雷达探测技术的主要发展方向之一，其研究和应用是雷达发展进程中一次质的飞跃。UWB雷达以其高距离分辨率、强穿透能力、低截获概率与强抗干扰性能在军事、民用等领域具有广泛而重要的应用前景，并得到人们日益关注。在UWB雷达技术的研究中，UWB雷达信号产生是一个关键且前沿的课题。本文以线性调频(LFM)信号为例，对UWB雷达脉冲压缩信号数字产生方法展开了系统而深入的研究。论文的主要工作和创新之处概括如下四大部分： 1．全面研究了用于雷达LFM脉压信号数字产生的单数位产生方法、直接数字频率合成(DDFS)方法和直接数字波形合成(DDWS)方法以及用于扩展频带的正交调制方法和固态倍频方法的工作原理和误差来源，并对各种方法的性能进行了系统的理论分析和计算机数值仿真。该项研究结论明确了UWB-LFM雷达脉压信号数字产生系统设计和研制工作的重点和方向，且是UWB雷达脉压信号源得以实现的理论基础。 2．研究了UWB雷达脉压信号数字产生系统误差来源及其影响问题。概括了UWB波形产生系统的各种误差来源，针对UWB波形系统的幅频和相频特性失真、UWB-LFM信号的时域畸变、LFM波形产生器的相位误差、LFM信号的调频非线性、LFM信号的相干性等问题分别建立了相应的数学模型，理论研究和计算机仿真分析了这些误差因素对产生信号性能的影响。该项研究成果为UWB雷达脉压信号产生系统的工程设计、性能分析、性能评估和性能优化提供了必要的理论依据和重要的经验参考。 3．系统地研究了UWB-LFM雷达脉压信号产生系统失真的数字补偿问题。建立了比较完善的UWB波形产生系统模型，基于线性系统理论和数字产生方法的灵活性、可靠性，分析了波形产生系统失真的数字补偿原理和可行性。对数字基带产生电路失真、正交调制器非理想性和倍频系统误差的数字校正方法依次进行了深入的理论推导和分析，并作了计算机仿真验证。该数字校正方法预失真补偿精确，但需要精确地测量出UWB波形产生系统中各个关键环节的传输函数。 4．研究了一种不需测量UWB雷达波形产生系统的传输函数而直接根据输出信号的失真情况对输入LFM信号进行时域数字预失真的校正方法，对该数字校正方法作了理论推导和计算机仿真验证。虽然该方法对产生信号失真情况的校正是近似的，但可以显著地改善输出信号的质量和性能，并能满足雷达系统的需求。该数字校正方法简单、方便，易于在工程实践中推广和应用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1超宽带雷达发展现状、特性和应用

1.2超宽带雷达波形产生技术的国内外研究状况

1.3超宽带雷达脉压信号产生技术的发展概况

1.4本文的主要研究工作

第二章雷达脉冲压缩信号相关理论分析

2.1雷达信号表示方法

2.2匹配滤波和相关接收原理

2.3目标参量估计与模糊函数

2.3.1目标参量估计

2.3.2模糊函数

2.4脉冲压缩技术

2.5调频信号的基本特性

2.6线性调频脉压信号波形设计

2.6.1LFM信号的数学表征及频谱分析

2.6.2 LFM信号的模糊函数

2.6.3 LFM信号的脉冲压缩处理

2.7本章小结

第三章雷达脉冲压缩信号数字产生方法研究

3.1单数位LFM脉冲压缩信号产生方法

3.1.1单数位产生方法原理与实现方式

3.1.2 FMSW信号谐波相对幅度分析

3.1.3过零时间量化影响分析

3.1.4上升时间对FMSW信号频谱影响的分析

3.1.5本节小结

3.2基于DDFS技术的雷达脉压波形产生方法

3.2.1 DDFS工作原理和特点

3.2.2基于DDFS技术的单频信号产生方法

3.2.3基于DDFS技术的LFM信号产生方法

3.2.4本节小结

3.3基于DDWS技术的雷达脉压信号产生方法

3.3.1 DDWS技术工作原理

3.3.2基于DDWS技术的LFM波形产生方法

3.3.3 DDWS方法误差分析

3.3.4本节小结

3.4正交调制方法

3.4.1正交调制原理及误差来源

3.4.2正交调制误差影响分析

3.4.3本节小结

3.5倍频方法

3.5.1倍频原理

3.5.2倍频误差影响分析

3.5.3本节小结

3.6本章小结

第四章超宽带雷达脉冲压缩信号数字产生系统误差分析

4.1超宽带脉压信号数字产生系统的误差来源

4.2超宽带LFM信号产生器失真影响分析

4.2.1超宽带LFM信号产生器系统失真影响

4.2.2超宽带LFM信号时域失真影响

4.2.3计算机仿真结果分析

4.2.4本节小结

4.3线性调频波形产生器相位误差影响分析

4.3.1确知性周期相位误差分析

4.3.2确知性非周期相位误差分析

4.3.3随机性相位误差分析

4.3.4本节小结

4.4调频线性度对LFM信号脉压性能影响分析

4.5 LFM信号的相干性影响分析

4.6本章小结

第五章超宽带脉压信号产生系统失真数字补偿方法研究

5.1系统建模

5.1.1数字基带产生部分

5.1.2正交调制部分

5.1.3倍频链部分

5.2系统失真的数字补偿原理

5.3系统失真的数字校正方法

5.3.1数字基带产生电路失真的校正方法

5.3.2正交调制器非理想性的校正方法

5.3.3倍频链系统误差的预失真补偿方法

5.4计算机仿真结果

5.5本章小结

第六章一种不需测量系统传输函数的超宽带LFM信号时域预失真方法研究

6.1超宽带LFM信号时域数字预失真原理

6.2超宽带LFM信号的幅度预失真

6.3超宽带LFM信号的相位预失真

6.4计算机仿真结果

6.5本章小结

第七章全文总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

致谢

参考文献

作者攻博期间取得的研究成果