多載頻MIMO高頻雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高頻地波雷達(dá)是一種有效探測(cè)海面超視距隱身目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)，通常采用寬波束照射目標(biāo)、單方向窄波束接收回波。由于高頻段目標(biāo)特性處于瑞利區(qū)前段或者諧振區(qū)，不確定的RCS隨機(jī)起伏極易導(dǎo)致回波能量微弱而丟失目標(biāo)。為了克服目標(biāo)的閃爍，本研究充分利用不同頻率和角度目標(biāo)RCS差異，將多輸入多輸出（MIMO）體制與高頻雷達(dá)相結(jié)合，利用MIMO體制的優(yōu)勢(shì)來(lái)提高雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)間、空間、頻率管理的自由度，通過(guò)有效綜合多方向、多載頻的回波信息，達(dá)到改善系統(tǒng)分辨力的目的

2、，進(jìn)而提高雷達(dá)系統(tǒng)的探測(cè)能力。
　　因此，MIMO體制與高頻地波雷達(dá)結(jié)合的關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要意義。本研究將MIMO的體制結(jié)合高頻雷達(dá)的特點(diǎn)，建立了區(qū)別于一般MIMO雷達(dá)的多載頻MIMO高頻雷達(dá)模型，分別討論了集中式和分布式MIMO雷達(dá)兩種模型，針對(duì)不同模型提出了有效的信號(hào)處理算法，得到了一些具有積極意義和參考價(jià)值的方法和結(jié)論?？傮w來(lái)說(shuō)，本研究主要包括以下幾個(gè)方面：
　　第一，本文改進(jìn)了MIMO模糊函數(shù)，突破了傳統(tǒng)模糊函數(shù)理

3、論的局限性，使其適應(yīng)于復(fù)雜的MIMO雷達(dá)系統(tǒng)速度距離分辨力的分析評(píng)估。集中MIMO模型采用分集發(fā)射非連續(xù)頻點(diǎn)相位編碼信號(hào)，針對(duì)系統(tǒng)空域與時(shí)域耦合問題進(jìn)行了研究，通過(guò)擴(kuò)展的模糊函數(shù)有效評(píng)估該模型下角度距離分辨力，并得到了非連續(xù)頻譜發(fā)射信號(hào)參數(shù)準(zhǔn)則；進(jìn)一步在多載頻分布式MIMO模型下，通過(guò)擴(kuò)展傳統(tǒng)模糊函數(shù)的研究評(píng)估系統(tǒng)空間分辨力，得到了分布式MIMO雷達(dá)的傳感器布放規(guī)律。模糊函數(shù)的擴(kuò)展改進(jìn)研究對(duì)于MIMO高頻雷達(dá)全局分辨力分析具有重要的意義

4、，為后續(xù)關(guān)鍵問題的提出和研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　第二，為了有效提高高頻雷達(dá)距離分辨力，針對(duì)非連續(xù)譜信號(hào)產(chǎn)生的較高距離副瓣，本研究提出了兩種方法來(lái)解決非連續(xù)譜信號(hào)較高旁瓣問題——接收端非連續(xù)譜旁瓣抑制和發(fā)射端波形設(shè)計(jì)。區(qū)別于以往非連續(xù)譜時(shí)分復(fù)用構(gòu)造形式，本研究采用不同天線分集發(fā)射不同載頻編碼信號(hào)，接收端將非連續(xù)譜信號(hào)相參拼接，對(duì)相參處理后主瓣附近產(chǎn)生的較高旁瓣進(jìn)行抑制。基于凸優(yōu)化算法優(yōu)化旁瓣抑制濾波器，對(duì)有限長(zhǎng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的偽峰進(jìn)行

5、滑窗剔除，較好的解決了多目標(biāo)環(huán)境下弱目標(biāo)副瓣遮擋問題。本算法實(shí)時(shí)性好且簡(jiǎn)單實(shí)用，便于工程實(shí)現(xiàn)。基于發(fā)射端波形設(shè)計(jì)，本研究利用波形平均通帶阻帶功率比與自相關(guān)旁瓣關(guān)系，建立波形優(yōu)化的代價(jià)函數(shù)。通過(guò)量子遺傳算法優(yōu)化低自相關(guān)旁瓣波形，仿真實(shí)驗(yàn)取得了預(yù)期的效果，優(yōu)化的波形實(shí)現(xiàn)了頻譜約束下最優(yōu)副瓣等級(jí)。本章通過(guò)非連續(xù)譜信號(hào)的設(shè)計(jì)處理充分利用非連續(xù)的頻譜資源，改善了MIMO高頻雷達(dá)惡劣電磁環(huán)境的較差分辨力。
　　第三，針對(duì)高頻雷達(dá)的角度分辨力差

6、問題，區(qū)別于以往MIMO模型虛擬陣列技術(shù)，本研究提出多載頻聚焦算法虛擬大的陣列孔徑。針對(duì)虛擬孔徑的單元間距大于半波長(zhǎng)，陣列綜合產(chǎn)生柵瓣的問題，本研究進(jìn)一步提出了預(yù)條件共軛梯度法重構(gòu)非均勻空域信息，有效抑制陣列稀疏產(chǎn)生的柵瓣問題。在重構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)頻率下均勻空域信息時(shí)，需要求解高維方程，預(yù)條件的引入顯著提高了算法的收斂速度。另外，針對(duì)不同頻率下，目標(biāo)不一致的幅度相位響應(yīng)、回波信噪比及多普勒信息，提出了相應(yīng)的預(yù)處理流程。最后，分析了發(fā)射頻率的選擇對(duì)

7、空域綜合性能的影響。多載頻MIMO空域綜合提出了一種新的信號(hào)融合思路，有效擴(kuò)展了高頻雷達(dá)的孔徑尺寸。
　　第四，本研究建立了多載頻分布式MIMO高頻雷達(dá)模型，針對(duì)該模型產(chǎn)生空間和多普勒域稀疏采樣問題，基于壓縮感知提出一種分布式雷達(dá)系統(tǒng)算法。本系統(tǒng)采用非均勻周期發(fā)射多載頻相位編碼信號(hào)，有效減少多脈沖雷達(dá)系統(tǒng)不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸負(fù)擔(dān)。針對(duì)稀疏回波信號(hào)恢復(fù)問題，構(gòu)造統(tǒng)一的空域和多普勒域感知矩陣，有效解決了分布式系統(tǒng)多站點(diǎn)回波信息集中處理問題