寬帶雷達信號處理—檢測、雜波抑制與認知跟蹤.pdf

1、與窄帶雷達相比，寬帶雷達在許多方面都具有優(yōu)勢。例如，可以獲得更多的目標和環(huán)境信息，以實現(xiàn)目標成像或地形測繪，也有利于實現(xiàn)可靠的目標識別和分類；可以提高雷達對雜波中目標的檢測能力；可以更加精確地測量目標的位置和運動參數(shù)；具有更好的電磁兼容性能，以對抗各種有源和無源干擾；具有更好的低截獲性能；可以更加靈活地使用發(fā)射波形與目標和環(huán)境相匹配，以改善雷達的整體性能。因此，寬帶雷達具有應對日益復雜的任務需求和戰(zhàn)場環(huán)境的潛力，成為雷達發(fā)展的趨勢。研究

2、寬帶雷達信號處理的基本理論和方法，具有重要的理論意義和工程價值。
　　 本文主要對寬帶雷達信號處理中的目標檢測、雜波抑制和目標回波的相參積累以及基于在線波形優(yōu)化的寬帶認知跟蹤等三方面的基本理論和技術進行了深入研究。具體工作可概括為如下的五個部分：
　　 1.比較分析了寬帶和窄帶雷達在噪聲中檢測目標的性能。首先討論了寬帶與窄帶雷達的雷達方程和目標散射截面積(RCS)；隨后，介紹了三種根據(jù)真實目標散射中心分布情況而抽象出的寬

3、帶雷達回波統(tǒng)計模型：寬帶無起伏目標，寬帶瑞利起伏目標及寬帶萊斯起伏目標；然后推導了寬帶和窄帶雷達對符合這三種模型的目標的檢測概率，指出寬帶雷達的檢測性能與窄帶雷達相比，是由目標RCS起伏減小和檢測器積累損失增加這一對矛盾因素共同決定的；最后得出結論：雖然理論上在高檢測概率時寬帶雷達的檢測性能比窄帶雷達高，但二者檢測概率曲線的交點隨包含目標回波的距離單元的增加而越來越高，使寬帶雷達的檢測優(yōu)勢失去意義。
　　 2.研究了在高斯雜波中

4、基于單次回波的寬帶雷達目標檢測問題。首先分析了寬帶雷達對雜波中的目標進行檢測的優(yōu)勢和問題所在；接下來回顧了幾種已有的基于單次回波的寬帶雷達目標檢測算法，并分析了它們各自的優(yōu)點和存在的問題，以及實際中提高寬帶雷達目標檢測性能的難點在于無法獲得待檢測目標散射中心分布的先驗信息；隨后，從解決這一難點入手，提出了一種基于順序統(tǒng)計量的寬帶雷達目標序貫檢測算法，從理論、仿真實驗和實測數(shù)據(jù)驗證三方面證明了該算法在完全不需要散射中心分布先驗信息的條件下

5、，對于散射中心稀疏分布的目標與以往的寬帶雷達檢測算法相比具有更好更穩(wěn)健的檢測性能。
　　 3.研究了非高斯時域相關雜波中基于多個相參脈沖回波的寬帶雷達目標檢測問題。首先介紹了寬帶雷達目標多次相參脈沖回波的準確模型，并根據(jù)實際應用中的雷達和目標參數(shù)得到了其簡化模型；然后介紹了球不變隨機向量(SIRV)描述的非高斯寬帶雷達雜波模型及其仿真方法；隨后設計了基于廣義似然比的寬帶雷達目標廣義自適應子空間檢測器，對其性能進行了完整的理論分析

6、，并提出了相應的高效實現(xiàn)算法；此外還考慮到實際目標可能還存在多普勒擴展的問題，設計了可對在距離和多普勒方向上都存在擴展的目標進行檢測的寬帶雷達檢測算法；最后通過仿真實驗驗證了本章設計的檢測器可以實現(xiàn)對寬帶雷達目標回波的相參積累，與各種已有算法相比，顯著提高了寬帶雷達的檢測性能。
　　 4.研究了基于子帶處理的寬帶雷達雜波抑制與目標回波相參積累的方法。首先根據(jù)寬帶雷達雜波和目標回波的特點，指出了使用過采樣濾波器組對寬帶雷達回波進行

7、子帶分解的必要性，并介紹了相應的實現(xiàn)子帶分解和綜合的濾波器組的設計方法；隨后指出寬帶雷達實現(xiàn)雜波抑制和相參積累的目的并不僅僅像常規(guī)的窄帶雷達那樣是為了實現(xiàn)目標檢測，而更重要的目的在于增強回波中的目標沖激響應，提高目標識別的可靠性，并根據(jù)這一要求設計了通過子帶加權處理，從包含雜波的回波中重構目標沖激響應的最優(yōu)和次優(yōu)處理方法，最后通過仿真和實測數(shù)據(jù)驗證了算法的有效性。
　　 5.研究了寬帶雷達的認知跟蹤問題。首先根據(jù)目標沖激響應的物

8、理概念和特點，提出了采用寬平穩(wěn)—不相關散射模型來描述雷達目標沖激響應及其動態(tài)模型；接下來根據(jù)這一模型首先研究了在時域設計最優(yōu)跟蹤波形的問題，并分析了它的不可實現(xiàn)性；隨后提出了一種在頻域設計次優(yōu)跟蹤波形的方法，并給出了它的實現(xiàn)算法；從實際雷達要求發(fā)射波形具有恒包絡這一需求出發(fā)，還分別給出了在給定發(fā)射信號功率譜的情況下用相位駐點法和迭代加權最小二乘法設計恒包絡信號的方法；最后，通過仿真實驗說明，在一定條件下該方法可以減小寬帶雷達跟蹤時對目標