雷達偵察中LFMCW信號檢測與參數(shù)估計方法研究.pdf

1、線性調(diào)頻連續(xù)波（Linear Frequency Modulated Continuous Wave，LFMCW）雷達由于結(jié)構(gòu)簡單、體積小、距離分辨率高、無距離盲區(qū)、成本低、低功耗和低截獲等優(yōu)點，在軍用導航、戰(zhàn)場偵察與地面成像等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應用。由于采用連續(xù)波體制，LFMCW雷達的發(fā)射功率相比于脈沖多普勒雷達具有更低的發(fā)射功率，這就導致更低的信噪比，進而需要更多的采樣點數(shù)保證信號檢測的有效性，因此，高計算復雜度和低信噪比成為制約

2、 LFMCW信號有效檢測和參數(shù)估計的主要因素。降低計算復雜度和提高信噪比成為了 LFMCW信號檢測與參數(shù)估計的核心和關(guān)鍵。本論文從信號處理的角度出發(fā)，對 LFMCW信號的模型、檢測和參數(shù)估計等方面做了比較全面的分析和闡述。主要工作概括如下：
　　1.研究了單分量周期LFMCW信號的檢測和參數(shù)估計方法。首先介紹了兩種常用的LFMCW信號的發(fā)射模型及其截獲模型；然后，針對低信噪比和高計算復雜度的問題，提出一種聯(lián)合變窗長相干平均法、循環(huán)

3、平穩(wěn)法和解線頻調(diào)處理的單分量周期LFMCW信號的檢測與參數(shù)估計方法。該方法首先基于信號的周期性，利用變窗長相干平均法和循環(huán)平穩(wěn)法提高了信噪比增益并實現(xiàn)了調(diào)制周期和調(diào)頻率的估計，然后基于估計的調(diào)制周期和調(diào)頻率，利用解線頻調(diào)處理完成了起始頻率、起始時間、幅度和初相的估計。該方法以較低計算復雜度實現(xiàn)了長時間積累，并有效地提高了信噪比。然而，該方法的檢測性能受窗長搜索范圍的制約。針對該問題，進一步提出了改進的方法。改進的方法首先對變窗長相干平均

4、法進行了改進，然后利用改進的變窗長相干平均法和循環(huán)平穩(wěn)法估計調(diào)制周期和調(diào)頻率，最后，利用解線頻調(diào)處理實現(xiàn)了起始頻率、起始時間、幅度和初相的估計。改進方法的檢測性能不再受搜索窗長的制約，并且仍以較低計算復雜度實現(xiàn)了長時間積累，有效地提高了信噪比。仿真實驗驗證了所提方法的有效性。
　　2.研究了多分量周期LFMCW信號的檢測和參數(shù)估計方法。針對在低信噪比條件下如何快速實現(xiàn)多分量周期 LFMCW信號的檢測和估計問題，提出了一種聯(lián)合幀間相

5、關(guān)法、循環(huán)平穩(wěn)法和解線頻調(diào)處理的多分量周期 LFMCW信號的檢測與參數(shù)估計方法。該方法首先基于信號的周期性，提出一種幀間相關(guān)法及其等價形式，幀間相關(guān)法及其等價形式只需簡單的復乘和復加就可實現(xiàn)多分量信號能量的線性疊加；其次，根據(jù)幀間相關(guān)法的線性疊加的特點，提出一種目標剝離方法，目標剝離方法可以將多分量 LFMCW信號的調(diào)制周期依次估計出來，并實現(xiàn)各信號分量的檢測；然后，基于CLEAN算法的思想并結(jié)合各信號分量的調(diào)制周期的估計，利用循環(huán)平穩(wěn)

6、法和解線頻調(diào)處理依次將各信號分量的幅度、調(diào)頻率、起始頻率、起始時間和初相估計出來。所提方法以較低計算復雜度實現(xiàn)了信號的長時間積累，有效地提高了信噪比，并且無需二維峰值搜索就可實現(xiàn)各信號分量的檢測，因此計算量比較小。仿真實驗驗證了所提方法的有效性。
　　3.針對在低信噪比下如何快速實現(xiàn)LFMCW信號的檢測和參數(shù)估計的問題，提出了一種聯(lián)合零頻搜索法、循環(huán)平穩(wěn)法和解線頻調(diào)處理的 LFMCW信號的檢測與參數(shù)估計方法。該方法首先基于 LFM

7、CW信號的瞬時相關(guān)特性，給出了一種零頻搜索法，零頻搜索法可以實現(xiàn)信號的檢測和調(diào)制周期的估計；其次，針對零頻搜索法計算量大的問題，對其進行了改進，改進后的零頻搜索法在保持相同檢測性能的基礎(chǔ)上有效地減小了計算量；然后，結(jié)合信號的調(diào)制周期，利用循環(huán)平穩(wěn)法實現(xiàn)了信號調(diào)頻率的估計；最后，基于調(diào)制周期和調(diào)頻率，利用解線頻調(diào)處理估計信號幅度、起始時間、起始頻率和初相。所提方法以較低計算復雜度實現(xiàn)了信號的長時間積累，有效地提高了信噪比。此外，所提方法可

8、以對符合一定限制條件的多分量 LFMCW信號進行檢測與參數(shù)估計。仿真實驗驗證了所提方法的有效性。
　　4.針對LFMCW信號檢測與參數(shù)估計所面臨的高計算復雜度和低信噪比的問題，提出了一種基于匹配幀間相關(guān)法、循環(huán)平穩(wěn)法和解線頻調(diào)處理的LFMCW信號的檢測與參數(shù)估計方法。該方法首先基于LFMCW信號周期間的固有規(guī)律，給出了一種匹配幀間相關(guān)法，匹配幀間相關(guān)法可以根據(jù)各信號分量的調(diào)制周期和起始頻率的不同實現(xiàn)其檢測和調(diào)制周期的估計；然后，基