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雷达侦察与无源定位中LPI信号分析处理技术研究

作　者: 李宏
导　师: 黎湘
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 电子侦察单站无源定位脉冲压缩雷达脉内调制分析调制识别调制参数估计多普勒频率变化率
分类号: TN957.51
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

现代战争条件下,电子对抗与反对抗的斗争日趋激烈。对敌方雷达的侦察和定位是对其实施精确打击的前提,也是掌握战争主动权的关键。对大时宽带宽积线性调频(LFM)信号和多相编码信号等低截获概率(LPI)雷达脉冲压缩信号的分析处理是其中的核心问题。论文针对LPI雷达脉冲压缩信号的调制方式识别、调制参数估计及多普勒频率变化率高精度测量等关键技术展开了深入研究。主要研究内容概括如下:第二章研究LFM信号脉内调制参数估计问题,着重解决多分量LFM信号的脉内调制参数估计问题。(1)针对单分量LFM信号脉内参数估计二次相位函数(QPF)方法的性能分析问题,从信噪比积累增益角度对其抗噪性能进行了分析,给出了输出信噪比的表达式,得到了保证算法获得合理估计精度的约束条件,并给出了一阶扰动分析法所要求的“高信噪比”条件。此外还给出了实际应用中信号处理长度和调频率搜索间隔的选取方法。(2)针对多分量LFM信号的QPF存在的信号间互扰和伪峰问题,提出了积分二次相位函数(IQPF)方法,该算法能有效抑制多分量信号间互扰和伪峰,给出了IQPF的SNR积累增益和参数估计精度的解析表达式,并通过仿真实验验证了理论分析结果。第三章研究多相编码信号检测和调制参数估计问题,重点解决编码参数盲估计问题,为后续章节进行多相编码信号调制识别提供必要参数。(1)对多相编码信号QPF的特点进行了分析,提出了基于IQPF的检测方法,并通过接收机工作特性(ROC)曲线和特定虚警概率下的检测概率指标对其性能进行了分析。(2)推导了多相编码脉冲模糊函数(AF)的表达式,证明了AF幅度图像上距主脊线最近的脊线在时延和多普勒频率轴上的截距包含信号编码时长和子码率信息的结论。针对多相编码脉冲信号子码率和编码时长盲估计问题,提出了一种基于AF的估计算法,并对其性能进行了理论分析。(3)针对多相编码连续波信号,提出了基于AF局部特性的子码率和调制周期估计算法,算法计算效率高,易于工程实现。利用一阶扰动分析方法推导了子码率估计的理论均方误差的解析表达式。第四章研究多相编码脉冲信号调制识别问题,着重解决雷达脉内调制识别研究中相同调制类型内不同调制序列识别难题。(1)针对现有算法仅以编码长度和子码率构造参考信号可能导致编码类型识别错误的问题,提出了一种新的“三参数”参考信号构造方法,并考虑了编码序列正序和反序识别问题。通过数值仿真分析了载频估计误差对相关分类器性能的影响。(2)针对已有调制识别算法对载频估计误差敏感的缺点,在分析多相编码信号间互相关谱特点的基础上,提出了基于互相关谱的调制方式识别算法,该算法无需载频估计并且可采用高效的快速Fourier变换(FFT)实现,运算复杂度低。第五章研究单站无源定位中脉冲压缩信号多普勒频率变化率高精度估计问题,重点解决利用相参脉冲串精确估计脉压信号多普勒频率变化率的问题。(1)分析了目标辐射源与观测平台相对运动对观测平台接收信号的影响,建立了脉冲压缩信号观测信号模型。(2)针对LFM相参脉冲串信号,推导了多普勒频率变化率估计的克拉美-罗下界(CRLB),并将分数阶Fourier变换(FrFT)应用于LFM相参脉冲串信号多普勒频率变化率估计问题,提出了一种新的高精度估计算法。理论分析表明该算法估计精度逼近CRLB。(3)针对二相调制(BPSK)相参脉冲串雷达信号,提出了对接收信号进行±π相位补偿的高精度多普勒频率变化率估计算法,该方法通过相位补偿去除脉冲内BPSK调制,克服了进行平方或脉冲间相关运算会引入交叉项的问题;推导了不模糊多普勒频率变化率估计与脉冲重复频率、采样频率及观测时长间的约束关系。

全文目录

摘要  13-15
Abstract  15-17
第一章绪论  17-37
  1.1 研究背景和意义  17-18
  1.2 雷达侦察与无源定位中的基本问题  18-20
  1.3 雷达信号脉内调制分析技术研究现状  20-30
    1.3.1 相关装备国内外发展状况  22
    1.3.2 脉内调制识别技术研究现状  22-24
    1.3.3 脉内调制参数估计技术研究现状  24-30
  1.4 单站无源定位中定位参数测量技术研究现状  30-34
    1.4.1 单站无源定位中基本问题概述  30-32
    1.4.2 国内外单站无源定位技术研究概况  32-33
    1.4.3 多普勒频率变化率参数估计研究现状  33-34
  1.5 论文的主要内容及组织结构  34-37
第二章 LFM 信号脉内调制参数估计及性能分析  37-57
  2.1 引言  37
  2.2 基于QPF 的LFM 信号脉内参数估计的性能分析  37-46
    2.2.1 LFM 信号模型  38
    2.2.2 基于QPF 的LFM 信号脉内调制参数估计算法  38-39
    2.2.3 性能分析  39-41
    2.2.4 估计精度约束条件  41-42
    2.2.5 参数选择问题  42-44
    2.2.6 多分量信号分析  44-46
  2.3 基于IQPF 的多分量LFM 信号分析  46-56
    2.3.1 基于IQPF 的LFM 信号分析方法  46-48
    2.3.2 估计精度统计分析  48-52
    2.3.3 仿真实验  52-56
  2.4 本章小结  56-57
第三章多相编码信号检测、参数估计及性能分析  57-86
  3.1 引言  57
  3.2 多相编码脉冲压缩信号  57-61
    3.2.1 频率导出的多相编码  58-60
    3.2.2 多相编码信号模型  60-61
  3.3 基于IQPF 的多相编码信号检测方法及性能分析  61-66
    3.3.1 多相编码脉压信号检测算法  61-62
    3.3.2 检测量统计性能分析  62-65
    3.3.3 调频率估计性能分析  65-66
  3.4 基于AF 的多相编码脉冲脉内调制参数估计  66-73
    3.4.1 多相编码脉冲信号模糊函数的性质  66-69
    3.4.2 基于AF-Radon 变换的参数估计  69-70
    3.4.3 利用插值提高脊线间距d 估计精度  70
    3.4.4 性能分析及仿真验证  70-73
  3.5 基于AF 局部特性的多相编码连续波信号参数估计及性能分析  73-84
    3.5.1 多相编码连续波信号模型  73
    3.5.2 多相编码连续波信号AF 的特点  73-75
    3.5.3 子码率和调制周期估计算法  75-76
    3.5.4 子码率估计的均方误差  76-79
    3.5.5 相对运动的影响分析  79-81
    3.5.6 仿真验证  81-84
  3.6 本章小结  84-86
第四章多相编码脉冲压缩信号脉内调制识别  86-108
  4.1 引言  86
  4.2 基于相关的调制识别算法及性能分析  86-97
    4.2.1 相关分类原理  87-88
    4.2.2 参考信号构造  88-92
    4.2.3 载频估计误差对相关输出的影响  92-94
    4.2.4 脉冲到达时刻估计误差影响分析  94-95
    4.2.5 仿真验证  95-97
  4.3 基于互相关谱特征的调制识别算法及性能分析  97-106
    4.3.1 码间互相关谱特点分析  97-102
    4.3.2 互相关谱峰与编码长度的关系  102-103
    4.3.3 基于互相关谱的调制识别算法  103-104
    4.3.4 仿真验证  104-106
  4.4 本章小结  106-108
第五章脉冲压缩雷达信号多普勒频率变化率估计  108-134
  5.1 引言  108
  5.2 被动接收信号模型  108-113
    5.2.1 被动接收信号建模  109-112
    5.2.2 相参脉冲串接收信号模型  112-113
  5.3 基于FrFT 的LFM 相参脉冲信号多普勒频率变化率估计  113-125
    5.3.1 FrFT 简介  114-115
    5.3.2 LFM 相参脉冲串观测信号模型  115
    5.3.3 多普勒频率变化率估计的Cramér-Rao 下界  115-117
    5.3.4 基于FrFT 的多普勒频率变化率估计算法  117-123
    5.3.5 统计性能分析  123-124
    5.3.6 仿真验证  124-125
  5.4 基于相位补偿的BPSK 相参脉冲串信号多普勒频率变化率估计  125-132
    5.4.1 BPSK 相参脉冲串观测信号模型  125-126
    5.4.2 去BPSK 调制原理  126-129
    5.4.3 多普勒频率变化率估计算法  129-130
    5.4.4 仿真分析与讨论  130-132
  5.5 本章小结  132-134
第六章结论与展望  134-136
致谢  136-138
参考文献  138-155
作者在学期间取得的学术成果  155-156
作者在攻读博士学位期间参与的项目  156-157
附录A 高斯白噪声的性质  157-158
附录B IQPF 输出信噪比推导  158-160

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