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瞬态极化雷达测量、检测与抗干技术研究

作　者: 常宇亮
导　师: 王雪松
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 极化瞬态极化瞬态极化雷达信号设计信号选择目标极化散射矩阵测量极化测量误差测向测向误差误差校准信号检测极化滤波器弹道中段假目标抗干扰外场试验
分类号: TN953
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

利用极化信息提高雷达的检测、抗干扰和识别等能力是当前新体制雷达发展的趋势之一。瞬态极化概念及相关理论的提出为时变、宽带和动态极化信息的表征与处理提供了有力的理论工具,促进了全极化新体制雷达的研制和发展。采用瞬态极化信息处理理论和技术进行信息处理的同时全极化测量体制雷达,可称为瞬态极化雷达。由于瞬态极化雷达可通过单次观测获取目标极化散射矩阵的全部信息,且可对极化散射矩阵进行瞬态极化信息处理,因此其极化信息获取与处理能力更强,与传统极化雷达相比在目标检测、抗干扰和目标识别等方面具有较大优势。在瞬态极化雷达系统研制和发展需求的牵引下,本文对极化测量、极化校准、极化检测和极化抗干扰等瞬态极化雷达关键技术进行了研究,并通过瞬态极化雷达实验系统开展的内、外场试验对部分研究成果进行了验证。第一章,概述了雷达极化学的研究内容和发展历程,以及极化雷达测量体制和关键技术的研究现状和发展趋势;介绍了瞬态极化雷达的概念,归纳了瞬态极化雷达系统发展和应用中待解决的部分技术问题;简要阐述了论文的主要研究内容。第二章,研究了瞬态极化雷达的目标极化散射特性测量问题。针对极化雷达研制阶段发射信号的波形选择和参数设计问题,提出了基于瞬态极化模糊函数矩阵的发射信号极化测量性能评估方法,为极化雷达发射信号的波形选择和参数设计提供了理论基础;针对传统极化测量方法对发射信号的正交性约束在工程中难以实现的问题,提出了基于瞬态极化模糊函数矩阵的极化测量新方法,有效消除了因发射信号非正交性引入的测量误差;最后介绍了瞬态极化模糊函数矩阵的参数估计方法。第三章,研究了瞬态极化雷达的测量校准问题。针对传统极化校准方法忽略天线空域极化特性、工程实施难度较大等缺陷,提出了基于金属球和标准信号源的极化校准新方法,在充分考虑天线空域极化特性的前提下实现了极化测量校准,降低了校准实施难度,提高了校准精度;针对极化雷达天线空域极化特性引入的与来波极化相关的测向误差,研究了测向误差与极化测量误差间的耦合关系,发现了该耦合误差的产生机理,并提出了相应的误差消除方法。第四章,研究了瞬态极化雷达的目标检测问题。针对经典极化检测算法假定极化雷达接收信号对应的目标极化散射矩阵测量值满足互易性,而实际接收信号会因天线空域极化特性产生互易性偏离现象的问题,在考虑天线空域极化特性影响的前提下,推导了高斯噪声条件下确定性目标的最佳检测算法,提出了相应的准最佳极化检测实现方法,研究了高斯噪声条件下起伏目标、非高斯噪声条件下确定性目标的最佳极化检测方法,利用非互易性条件下的交叉极化信息提高了极化雷达的目标检测性能。第五章,研究了瞬态极化雷达的抗干扰问题。针对干扰极化变化造成传统极化抗干扰方法性能下降的问题,提出了瞬态极化滤波方法,实现了目标回波时、频域内干扰信号的极化检测、估计和抑制,提高了变极化干扰的抑制性能;针对极化周期调制干扰,以弹载干扰机为研究对象,提出了干扰极化跟踪滤波方法,与传统的固定极化滤波器相比具有更好的极化抑制性能;针对具备目标极化散射矩阵模拟能力的全极化复杂调制假目标干扰,提出了相应的假目标极化鉴别方法,提高了极化雷达的假目标鉴别能力。

全文目录

中文摘要  11-13
Abstract  13-15
第一章绪论  15-38
  1.1 引言  15-17
  1.2 雷达极化学的研究现状  17-24
    1.2.1 雷达极化学发展历程  17-19
    1.2.2 极化基础理论研究现状  19-21
    1.2.3 极化信息处理研究现状  21-24
  1.3 极化雷达系统的研究现状  24-35
    1.3.1 极化雷达测量体制方面  25-29
    1.3.2 极化雷达关键技术方面  29-35
  1.4 本文主要工作与结构安排  35-38
第二章瞬态极化雷达目标极化特性的测量方法  38-69
  2.1 引言  38-39
  2.2 瞬态极化雷达发射信号的选择与设计方法  39-51
    2.2.1 目标散射特性对发射信号选择与设计的影响  39-41
    2.2.2 干扰及杂波特性对发射信号选择与设计的影响  41-42
    2.2.3 瞬态极化雷达发射信号的选择与设计  42-51
  2.3 瞬态极化雷达目标极化散射矩阵的测量方法  51-59
    2.3.1 基于瞬态极化模糊函数矩阵的目标极化散射矩阵测量方法  51-54
    2.3.2 仿真实验与结果分析  54-57
    2.3.3 外场试验与结果分析  57-59
  2.4 瞬态极化模糊函数矩阵的参数估计方法  59-68
    2.4.1 典型信号的瞬态极化模糊函数矩阵参数估计方法  60-66
    2.4.2 仿真实验与结果分析  66-68
  2.5 小结  68-69
第三章瞬态极化雷达的测量误差校准方法  69-100
  3.1 引言  69-70
  3.2 基于金属球的极化散射矩阵测量误差校准方法  70-83
    3.2.1 目标极化散射矩阵测量误差模型  70-73
    3.2.2 加性误差矩阵的校准方法  73-74
    3.2.3 乘性误差矩阵的校准方法  74-80
    3.2.4 仿真实验与结果分析  80-83
  3.3 基于标准信号源的极化散射矩阵测量误差校准方法  83-92
    3.3.1 极化通道误差矩阵的内场测量方法  83-85
    3.3.2 乘性误差矩阵的校准方法  85-86
    3.3.3 仿真实验与结果分析  86-88
    3.3.4 外场试验与结果分析  88-92
  3.4 极化—AOA 耦合误差的校准方法  92-99
    3.4.1 极化—AOA 耦合误差的产生机理  93-94
    3.4.2 极化—AOA 耦合误差的消除方法  94-97
    3.4.3 仿真实验与结果分析  97-99
  3.5 小结  99-100
第四章瞬态极化雷达的目标检测方法  100-122
  4.1 引言  100
  4.2 高斯噪声条件下确定性目标的最佳极化检测方法  100-114
    4.2.1 雷达目标极化检测的经典方法  100-103
    4.2.2 确定性目标的最佳极化检测及其实现方法  103-110
    4.2.3 仿真实验与结果分析  110-112
    4.2.4 外场试验与结果分析  112-114
  4.3 高斯噪声条件下起伏目标的最佳极化检测方法  114-118
    4.3.1 起伏目标的最佳极化检测方法  114-117
    4.3.2 仿真实验与结果分析  117-118
  4.4 非高斯噪声条件下目标的最佳极化检测方法  118-121
    4.4.1 目标的最佳极化检测方法  118-120
    4.4.2 仿真实验与结果分析  120-121
  4.5 小结  121-122
第五章瞬态极化雷达的抗干扰方法  122-148
  5.1 引言  122
  5.2 变极化干扰的瞬态极化滤波法  122-131
    5.2.1 瞬态极化滤波器的设计与实现  122-124
    5.2.2 干扰抑制条件下目标极化散射矩阵的估计方法  124-129
    5.2.3 仿真实验与结果分析  129-130
    5.2.4 外场试验与结果分析  130-131
  5.3 极化周期调制干扰的跟踪滤波方法  131-141
    5.3.1 极化周期调制干扰的极化特性分析  132-136
    5.3.2 极化周期调制干扰的极化抑制方法  136-138
    5.3.3 仿真实验与结果分析  138-141
  5.4 全极化复杂调制假目标的极化鉴别方法  141-147
    5.4.1 全极化复杂调制假目标的干扰原理  141-142
    5.4.2 基于载频变换的有源假目标鉴别方法  142-146
    5.4.3 仿真实验与结果分析  146-147
  5.5 小结  147-148
第六章结束语  148-151
  6.1 论文主要工作  148-149
  6.2 论文主要创新点  149
  6.3 后续研究展望  149-151
致谢  151-153
参考文献  153-169
作者在学期间取得的学术成果  169-172
附录A KD-IPR 主要参数  172-173
附录B 目标回波信号es的最小均方估计  173-174
附录C 目标起伏条件下检测判决式的标准型  174-175
附录D 起伏目标检测的虚警概率  175-176
附录E 干扰极化比检测门限的确定方法  176-177

瞬态极化雷达测量、检测与抗干技术研究

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