不確定條件下的機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)信號(hào)處理技術(shù)研究.pdf

1、機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)(opportunistic array radar,OAR)是一種將平臺(tái)的隱身性設(shè)計(jì)作為核心，在數(shù)字陣列雷達(dá)研究的基礎(chǔ)上，可以工作在多種靈活的工作模式下，具備搜索、跟蹤、火控、制導(dǎo)等多種戰(zhàn)術(shù)功能，通過感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)實(shí)現(xiàn)“機(jī)會(huì)性”選擇和管理的新概念雷達(dá)系統(tǒng)。雷達(dá)發(fā)射波形的設(shè)計(jì)、目標(biāo)檢測(cè)以及陣列天線方向圖綜合是雷達(dá)信號(hào)處理研究中的重要組成部分。其中，雷達(dá)發(fā)射波形的設(shè)計(jì)對(duì)信號(hào)的處理方法、系統(tǒng)的分辨力、量測(cè)精度以及抗干擾能力等性能有直

2、接的影響；雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)中的恒虛警率(constant false alarm rate,CFAR)可以避免背景噪聲、雜波和干擾的變化等對(duì)檢測(cè)閾值造成的影響；靈活多變的陣列天線方向圖則有助于雷達(dá)實(shí)現(xiàn)其各項(xiàng)功能。機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，在其設(shè)計(jì)和工作中都會(huì)受到一些不確定因素的影響，如戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的迅速改變、部分元器件的失靈、設(shè)備內(nèi)部噪聲的干擾等，這些因素都會(huì)影響雷達(dá)整體性能的發(fā)揮，因此需要研究不確定條件下的信號(hào)處理技術(shù)。
　　本論文

3、針對(duì)機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)的信號(hào)處理技術(shù)研究展開工作，結(jié)合不確定理論，主要研究了雷達(dá)正交波形的優(yōu)化設(shè)計(jì)、雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)的CFAR處理技術(shù)、陣列方向圖綜合以及互耦修正等方面的問題。具體工作和創(chuàng)新可以概括為以下幾點(diǎn)：
　　1.結(jié)合機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，陣元分布、陣元工作狀態(tài)、戰(zhàn)術(shù)功能選擇、工作模式以及資源管理等“機(jī)會(huì)”特性，將不確定理論中的概率理論、可信性理論以及機(jī)會(huì)理論應(yīng)用于機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)中，分析了機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)的不確定性因素及其引起的系統(tǒng)不確定性，研究

4、了不確定條件下的機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)信號(hào)處理的基礎(chǔ)理論和方法。
　　2.設(shè)計(jì)了正交多相編碼波形和離散頻率編碼波形(discrete frequency coding waveform,DFCW)兩種正交信號(hào)。在正交波形自相關(guān)特性以及互相關(guān)特性分析的基礎(chǔ)上，以遺傳算法(genetic algorithm,GA)為主體，并融入模擬退火算法(simulated annealing algorithm,SA)，考慮到自相關(guān)和互相關(guān)特性之間的灰色不確

5、定因素，引入灰關(guān)聯(lián)綜合評(píng)價(jià)法則對(duì)適應(yīng)度函數(shù)加以關(guān)聯(lián)分析，提出了基于灰關(guān)聯(lián)度的混合遺傳模擬退火算法(hybrid genetic simulated annealing algorithm,HGSAA)設(shè)計(jì)正交波形。仿真結(jié)果表明，基于灰關(guān)聯(lián)度的HGSAA算法設(shè)計(jì)的正交波形具有更低的自相關(guān)峰值旁瓣電平和互相關(guān)電平。
　　3.提出了基于模糊邏輯的分布式篩選平均最大選擇(maximum censored mean level detecr

6、or,MX-CMLD)-CFAR檢測(cè)器。在常規(guī)的基于概率理論CFAR檢測(cè)的基礎(chǔ)上，引入可信性理論，通過隸屬度函數(shù)將常規(guī)二元檢測(cè)的硬判決0或1改為用軟判決實(shí)現(xiàn)，即將觀測(cè)空間映射為[0,1]區(qū)間內(nèi)的一個(gè)值來表征“無目標(biāo)”和“有目標(biāo)”假設(shè)成立的程度。結(jié)合最大選擇(greatest of,GO)-CFAR和篩選平均(censored mean level detector,CMLD)-CFAR檢測(cè)器，設(shè)計(jì)了基于模糊邏輯的MX-CMLD-CFAR

7、檢測(cè)器，并推導(dǎo)了模糊融合中心的多種融合規(guī)則，最后以模糊代數(shù)積的規(guī)則為例，研究了多傳感器的分布式MX-CMLD-CFAR檢測(cè)系統(tǒng)，仿真結(jié)果表明了該分布式檢測(cè)系統(tǒng)在均勻雜波背景、多目標(biāo)環(huán)境以及雜波邊緣背景中都具有較好的檢測(cè)性能，還明顯優(yōu)于常規(guī)的二元分布式檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)可以降低部分傳感器異常對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。
　　4.提出了自帶可信度的多傳感器分布式CFAR表決融合檢測(cè)方法?？紤]到機(jī)會(huì)陣陣列單元隨機(jī)分布在載體表面或內(nèi)部，有選擇性的分區(qū)域

8、同步或異步工作，同時(shí)受外界不確定環(huán)境的影響，偶爾會(huì)出現(xiàn)部分傳感器異常的現(xiàn)象，在實(shí)際數(shù)據(jù)融合時(shí)應(yīng)該考慮到每個(gè)傳感器檢測(cè)的可信度問題。因此，在模糊邏輯CFAR檢測(cè)的基礎(chǔ)上，引入可信度函數(shù)來表征每次檢測(cè)結(jié)果的可信度，在數(shù)據(jù)融合時(shí)，通過比較各傳感器檢測(cè)結(jié)果的可信度實(shí)現(xiàn)了表決融合，使得在各傳感器都處于高信噪比時(shí)，可以節(jié)省一部分計(jì)算資源。仿真結(jié)果表明，采用表決融合的分布式檢測(cè)系統(tǒng)，其檢測(cè)性能明顯優(yōu)于二元表決融合檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)可以降低部分傳感器異常對(duì)

9、檢測(cè)性能的影響。
　　5.針對(duì)單個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線單元，提出了基于模糊機(jī)會(huì)約束規(guī)劃和模糊相關(guān)機(jī)會(huì)規(guī)劃的陣列方向圖綜合算法?？紤]到機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)“機(jī)會(huì)性”的選擇戰(zhàn)術(shù)功能和工作模式，激勵(lì)打開的天線單元的分布和數(shù)目都具有不確定性，可以用模糊變量來描述這種不確定性時(shí)，根據(jù)不同的約束條件和目標(biāo)函數(shù)建立了不同的規(guī)劃模型?；谀：龣C(jī)會(huì)約束規(guī)劃的方向圖綜合算法，以天線單元數(shù)目為約束條件，在一定的可信度下，使得副瓣電平和主瓣寬度誤差最小化，獲得所需的方向圖

10、?；谀：嚓P(guān)機(jī)會(huì)規(guī)劃的方向圖綜合算法，在天線單元數(shù)目的約束條件下，實(shí)現(xiàn)了所綜合出的方向圖副瓣電平滿足條件的機(jī)會(huì)最大化，可以解決模糊機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型在滿足約束條件下有時(shí)不能完全達(dá)到所需優(yōu)化結(jié)果的現(xiàn)象。
　　6.針對(duì)多個(gè)區(qū)域內(nèi)的天線單元，不確定環(huán)境表現(xiàn)為模糊隨機(jī)性時(shí)，提出了基于模糊隨機(jī)相關(guān)機(jī)會(huì)規(guī)劃的陣列方向圖綜合算法?？紤]到機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)面向不同的任務(wù)需求同時(shí)發(fā)射多個(gè)不同要求的波束時(shí)，參與方向圖綜合的總天線數(shù)目受雷達(dá)資源的約束，當(dāng)表現(xiàn)為

11、模糊隨機(jī)性時(shí)，建立模糊隨機(jī)相關(guān)機(jī)會(huì)約束規(guī)劃模型，在資源允許的天線數(shù)目下使得滿足條件的多個(gè)方向圖的機(jī)會(huì)最大化。
　　7.提出了基于子陣交叉劃分思想的陣元互耦修正算法?？紤]到機(jī)會(huì)陣陣列單元數(shù)目眾多且分布的隨機(jī)性，將陣列按一定距離交叉劃分為多個(gè)子陣列，利用矩量法計(jì)算每個(gè)子陣列的廣義互阻抗矩陣，再構(gòu)建整個(gè)機(jī)會(huì)陣陣列的歸一化互阻抗矩陣，利用自適應(yīng)波束綜合算法或者遺傳算法實(shí)現(xiàn)方向圖的互耦修正。仿真結(jié)果表明，基于子陣交叉劃分思想的互耦修正算法可