低截獲概率雷達(dá)波形設(shè)計(jì)與參數(shù)估計(jì)方法.pdf

1、隨著電子對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)需要提高自身的抗偵察、抗截獲性能，從而減小被檢測、截獲甚至被干擾、打擊的概率。具備一定低截獲概率(low probability of intercept，LPI)的雷達(dá)已成為對(duì)抗各種電子偵察及干擾的必然需求。
　　針對(duì)現(xiàn)代電子戰(zhàn)場在低截獲信號(hào)檢測、參數(shù)估計(jì)方法及波束掃描技術(shù)等方面的新發(fā)展，本文一方面主要考慮雷達(dá)發(fā)射方向圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)與參數(shù)估計(jì)，另一方面充分開發(fā)利用現(xiàn)代新體制雷達(dá)技術(shù)如寬帶雷達(dá)技術(shù)、多

2、輸入多輸出(multiple-input multiple-output，MIMO)雷達(dá)技術(shù)以及頻率分集陣列(frequency diversity array，F(xiàn)DA)雷達(dá)技術(shù)的先天優(yōu)勢來提高雷達(dá)的低截獲性能，提出LPI雷達(dá)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)與參數(shù)估計(jì)的新方法。本論文的主要工作及創(chuàng)新概括為以下幾個(gè)方面：
　　(1)寬帶MIMO雷達(dá)LPI發(fā)射方向圖優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　寬帶MIMO雷達(dá)具有低截獲特性與便于靈活設(shè)計(jì)發(fā)射方向圖的優(yōu)勢，已成為研

3、究LPI雷達(dá)的重要方向之一。本文針對(duì)寬帶MIMO雷達(dá)LPI發(fā)射方向圖的合成，提出了兩種通過設(shè)計(jì)功率譜密度矩陣逼近期望的發(fā)射方向圖的方法。提出的方法將整個(gè)寬頻帶發(fā)射信號(hào)劃分成若干個(gè)窄帶；針對(duì)每個(gè)子窄帶，建立具有期望的旁瓣值和總發(fā)射功率限制條件的優(yōu)化問題來設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)矢量的功率密度矩陣，以使其方向圖主瓣逼近期望主瓣響應(yīng)。提出的問題被轉(zhuǎn)化為一個(gè)二階錐規(guī)劃問題，并利用凸優(yōu)化工具箱 CVX進(jìn)行有效求解。與近幾年提出的寬帶 MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖合

4、成方法相比較，本文所設(shè)計(jì)的發(fā)射方向圖的主瓣具有恒定束寬特性，并且其旁瓣值嚴(yán)格低于期望的旁瓣值，進(jìn)一步地確保了其 LPI性能。大量的仿真結(jié)果證明了本方法的有效性。
　　(2) FDA低截獲特性及其應(yīng)用研究
　　FDA作為一種新型陣列天線模型，通過在陣元間引入一個(gè)較小的頻率增量，無需移相器就可在空間實(shí)現(xiàn)波束掃描，是一種靈活的能實(shí)現(xiàn)距離、時(shí)間和角度依賴性波束的掃描方式，對(duì)雷達(dá)提高 LPI性能也具有獨(dú)特潛在優(yōu)勢。本文以雷達(dá)和電子戰(zhàn)為

5、重點(diǎn)，探討了FDA及其頻率掃描特性，從本質(zhì)上展示了FDA作為時(shí)間調(diào)制陣列在降低旁瓣電平以及產(chǎn)生多個(gè)波束等方面的一些特征；理論建立了FDA的數(shù)學(xué)模型，表明了陣元間采用頻率增量會(huì)產(chǎn)生一個(gè)距離、時(shí)間和角度依賴性的方向圖；創(chuàng)新性地研究FDA的應(yīng)用，探討其潛在的低截獲性能應(yīng)用能力。
　　(3)基于子陣方案的FDA雷達(dá)距離-角度聯(lián)合估計(jì)方法
　　非合作目標(biāo)的二維定位不能由傳統(tǒng)線性相控陣?yán)走_(dá)的波束峰值得到，均勻線性陣列FDA雷達(dá)由于距離和

6、方位角耦合也不能直接實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離和方位角的二維聯(lián)合估計(jì)。針對(duì)FDA的波束特性，本文提出了一種 FDA雷達(dá)的子陣方案以解決距離-角度聯(lián)合估計(jì)問題。子陣列采用不同的頻偏，為了擴(kuò)展陣列孔徑，子陣列均采用差分陣列結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用接收數(shù)據(jù)的二階統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行處理時(shí)，N個(gè)實(shí)際物理陣元可提供2O（N)維的自由度。由于子陣列對(duì)距離和角度維的解耦能力，目標(biāo)可利用基于子空間的多信號(hào)分類算法定位。進(jìn)一步地，推導(dǎo)了相對(duì)于信噪比的克拉美-羅下限來檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)參數(shù)的估計(jì)性能。

7、最后的數(shù)值仿真結(jié)果驗(yàn)證了方法的有效性。
　　(4)認(rèn)知FDA-MIMO雷達(dá)LPI波束優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　雷達(dá)信號(hào)的LPI本質(zhì)上是期望能夠在各種復(fù)雜的電磁環(huán)境下發(fā)現(xiàn)目標(biāo)(即增加雷達(dá)自身接收回波信號(hào)的探測概率)，同時(shí)又期望己方的發(fā)射信號(hào)盡可能不被敵方所發(fā)現(xiàn)(即降低雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的被探測概率)。本文根據(jù)FDA雷達(dá)波形的時(shí)變特性，提出一種降低發(fā)射波形被截獲概率的方案，即考慮使目標(biāo)處雷達(dá)的能量達(dá)到最小化，該最小化的能量被反射之后，在雷達(dá)自身接