基于外輻射源信號(hào)的無(wú)源雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)在時(shí)域上表現(xiàn)為實(shí)施謀略、策劃、博弈和評(píng)估等過(guò)程，在空域上表現(xiàn)為控制陸、海、空和天等主權(quán)的爭(zhēng)奪。無(wú)論在時(shí)域還是在空域，信息的獲取、處理與應(yīng)用尤為重要。隨著高新技術(shù)武器裝備的飛速發(fā)展，目標(biāo)的信息成為敵我雙方控制的焦點(diǎn)，從某種意義上講，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)就是信息戰(zhàn)。軍用雷達(dá)是目標(biāo)信息的傳感器，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的主要功能為目標(biāo)探測(cè)、定位、跟蹤、分類、成像、識(shí)別、告警和傳送，其重要意義不言而喻。然而隨著反雷達(dá)技術(shù)的迅速發(fā)展，任何軍用雷達(dá)都將面臨著隱身、

2、反輻射摧毀、低空突防及綜合電子干擾等四大威脅。
　　基于外輻射源信號(hào)的無(wú)源雷達(dá)（Passive Radar），利用多通道在不同區(qū)域進(jìn)行空間分集接收處理隱身目標(biāo)的非后向散射能量，實(shí)現(xiàn)抗隱身；使用外輻射源信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，反輻射導(dǎo)彈無(wú)的可尋，天然具有抗反輻射導(dǎo)彈的功能；采用MIMO體制，增加雙基角，可有效改善低空探測(cè)性能，實(shí)現(xiàn)抗低空突防；借用干擾源信號(hào)作為發(fā)射信號(hào)，可通過(guò)多站或單站接收對(duì)干擾源實(shí)施有效定位跟蹤，達(dá)到抗干擾的目的。因此受

3、到各國(guó)雷達(dá)研究者的廣泛關(guān)注。本文針對(duì)GSM或DVB-T作為外輻射源，從系統(tǒng)的可行性、構(gòu)成以及理論算法等方面，對(duì)無(wú)源雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展了深入研究。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
　?。?）提出改進(jìn)的基于阻塞信號(hào)的自適應(yīng)波束形成方法用于提取直達(dá)波信號(hào)
　　參考信號(hào)是外輻射源雷達(dá)相干檢測(cè)的基準(zhǔn)信號(hào)，直接影響到目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)性能。僅利用普通波束形成可能導(dǎo)致獲得的信號(hào)不純凈，而直接利用自適應(yīng)波束形成也可能無(wú)法獲得主基站的直達(dá)波信號(hào)。本文提出

4、一種基于阻塞信號(hào)的自適應(yīng)波束形成方法，在主基站直達(dá)波來(lái)波方向處形成主瓣，同時(shí)在其他比較強(qiáng)的干擾方向上形成零陷。首先將陣列天線接收信號(hào)中主基站直達(dá)波信號(hào)消去，然后利用自適應(yīng)波束形成算法求得最優(yōu)波束形成權(quán)值因子，再進(jìn)行波束形成以獲得主基站的直達(dá)波信號(hào)。首先通過(guò)仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證了所提方法的有效性，然后利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提方法相對(duì)于傳統(tǒng)的LCMV自適應(yīng)波束形成方法性能更好，更適合于工程實(shí)踐。
　?。?）先時(shí)域相消后波束形

5、成的無(wú)源雷達(dá)干擾抑制方法
　　由于外輻射源雷達(dá)采用第三方非合作信號(hào)作為發(fā)射源，接收機(jī)不僅能夠接收到主基站的發(fā)射信號(hào)，而且能夠接收到附近其他基站發(fā)射的同頻干擾信號(hào)和多徑干擾，同時(shí)受到環(huán)境噪聲的影響。本文提出首先利用時(shí)域干擾相消算法，消除陣列天線各個(gè)陣元中接收到的主基站直達(dá)波和多徑干擾，然后再對(duì)天線各個(gè)陣元中的剩余信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)健自適應(yīng)波束形成。在直達(dá)波和多徑干擾消除的基礎(chǔ)上，將天線的全部自由度應(yīng)用在抑制同頻基站的干擾上，從而能夠獲得更好

6、的在空域上抑制同頻干擾的效果。在噪聲環(huán)境中，本文考慮到可能存在的直達(dá)波殘留，提出改進(jìn)的小波重構(gòu)算法，選擇含目標(biāo)成分較多的低頻層進(jìn)行重構(gòu)，而非傳統(tǒng)方法中的低頻層，根據(jù)信號(hào)與直達(dá)波的差別進(jìn)行選擇性重構(gòu)。仿真結(jié)果表明，本文所提出的小波閾值去噪方法，不僅對(duì)噪聲有良好的抑制效果，而且對(duì)殘留的直達(dá)波干擾也能有效去除。
　?。?）基于OFDM信號(hào)的無(wú)源雷達(dá)雜波信道估計(jì)
　　本文針對(duì)OFDM(Orthogonal Frequency Div

7、ision Multiplexing)外輻射源雷達(dá)探測(cè)存在的問(wèn)題，提出基于信號(hào)特性的處理方法，研究基于OFDM信號(hào)調(diào)制特性的外輻射源雷達(dá)雜波信道狀態(tài)信息估計(jì)方法。針對(duì)該體制雷達(dá)中純凈的直達(dá)波信號(hào)獲取問(wèn)題，提出基于模糊函數(shù)的方法提取導(dǎo)頻的周期信息，從而得到導(dǎo)頻的位置信息，然后利用導(dǎo)頻信息得到雜波信道脈沖響應(yīng)信息估計(jì)。相比常規(guī)的處理方法，本文方法能夠在參考信號(hào)包含多徑時(shí)得到正確的雜波信道狀態(tài)信息。
　?。?）基于馬爾可夫鏈蒙特卡羅（M

8、arkov Chain Monte Carlo, MCMC）過(guò)程權(quán)值優(yōu)選的改進(jìn)的粒子濾波跟蹤算法
　　在外輻射源雷達(dá)定位中，觀測(cè)量有信號(hào)到達(dá)角、信號(hào)時(shí)差、信號(hào)的多普勒頻率等，對(duì)應(yīng)于已有的定位方法有很多，如測(cè)向定位法、時(shí)差定位和差分多普勒定位法，以及融合多種參數(shù)和方法的聯(lián)合定位法等等。本文選擇 TDOA和DOA的聯(lián)合定位方法，提高定位精度和穩(wěn)定性。在跟蹤方面，針對(duì)外輻射源目標(biāo)跟蹤中粒子濾波退化問(wèn)題，研究權(quán)值優(yōu)選的粒子濾波和基于MCM

9、C過(guò)程的粒子濾波算法，并在對(duì)兩者分別進(jìn)行優(yōu)劣分析的基礎(chǔ)上提出了基于MCMC過(guò)程權(quán)值優(yōu)選的粒子濾波算法，結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法能夠在一定程度上解決了粒子多樣性喪失的問(wèn)題，提高了跟蹤精度。
　　（5）基于多頻段DVB-T信號(hào)和時(shí)頻分析法的無(wú)源雷達(dá)ISAR成像
　　目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致 ISAR成像模糊，因此，在傳統(tǒng)的雷達(dá)成像方法中，需要花大力氣做回波的距離對(duì)準(zhǔn)和相位對(duì)準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。本文選擇了多頻段的DVB-T信號(hào)，

10、通過(guò)獲取非相鄰?fù)ǖ赖男盘?hào)，巧妙的擴(kuò)展了信號(hào)頻帶，使頻帶足夠?qū)拸亩诔上裰蝎@得足夠高的分辨率。本文提出利用時(shí)頻分析的方法，避免復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，只要在距離向上對(duì)準(zhǔn)，多普勒頻率即可認(rèn)為是非時(shí)變的。這在很大程度上減少對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊蕾?，使目?biāo)在做較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)時(shí)也能得到清晰的成像結(jié)果。并且，針對(duì)噪聲較大的情況下的成像，在采用了短時(shí)傅立葉變換（STFT）的時(shí)頻分析方法的基礎(chǔ)上，利用CLEAN算法，通過(guò)對(duì)圖像的解卷積濾波，去掉噪聲帶來(lái)的干擾，提取出散