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毫米波导引头高分辨成像及检测算法研究

作　者: 高杰
导　师: 赵彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 毫米波雷达调频步进速度补偿一维距离像扩展目标检测
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

雷达导引头是制导系统的关键组成部分，它能够探测到目标，并测量目标相对于导弹的位置参数和运动参数，据此引导导弹飞向目标并将其摧毁。毫米波导引头具有突出的抗干扰和反隐身能力，且设备尺寸重量都比较小，是目前各国军事研究的重点之一。导引头的作用在于实现精确制导，这要求其发射信号具有高分辨能力，即具有很大的带宽。调频步进雷达信号是一种合成宽带信号，采用多脉冲相参合成来获得高分辨距离像。相应的接收机能够在较小的系统瞬时带宽条件下获得较高的数据率，因而信号处理的实时性较好。本文围绕调频步进雷达信号目标高分辨成像过程主要研究了如下内容：(1)介绍了调频步进雷达信号的数学表达式，推导了信号的模糊函数，分析了该信号的距离高分辨特性。研究了调频步进雷达信号合成高分辨距离像的基本原理，对脉内和脉间两次脉冲压缩的过程和实现方法进行了具体的阐述。指出信号的旁瓣及栅瓣严重影响成像效果，必须加以抑制，据此给出选择信号参数的原则。(2)详细分析了多普勒效应对成像的影响。给出了目标速度与高分辨像偏移距离的定量关系和进行运动补偿的精度要求。在此基础上，研究了几种速度补偿算法的原理、步骤、速度估计的精度并仿真验证这些算法的性能。最后讨论了实际系统中如何应用这些算法进行运动补偿。(3)分析了距离失配冗余与过采样冗余产生的原因，指明距离像抽取拼接算法的目的。而后具体讨论了四种不同的距离像抽取算法的原理、特点并仿真验证了各自的性能。通过讨论得出最大值法对运动目标成像具有一定的适应性。在分析了造成前面测速方法速度估计范围有限的原因之后，结合最大值法距离像抽取范围可随目标移动的特点，提出了先对采样点高分辨像进行拼接后进行目标运动补偿的信号处理新方案。经过仿真，该方案在测速精度不变的情况下测速范围明显增大，且性能稳定，具有实际应用价值。(4)阐述了扩展目标的含义和扩展目标检测的基本概念。给出了最佳接收机的形式和理论上检测性能的上限。根据导引头实际采用的信号形式，讨论了几种适用的扩展目标检测方法的基本原理并仿真验证了它们的检测性能。给出了影响检测性能的主要技术参数。最后给出了检测窗口最优长度的估计方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-13
  1.1 研究背景及意义概述  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
  1.3 研究内容及论文结构  12-13
第2章调频步进雷达信号高分辨成像原理  13-23
  2.1 引言  13
  2.2 调频步进雷达信号的形式和高分辨特性  13-18
    2.2.1 调频步进雷达信号的形式  13-14
    2.2.2 调频步进雷达信号的模糊特性  14-17
    2.2.3 调频步进雷达信号的旁瓣和栅瓣抑制  17-18
  2.3 基于 IFFT 的脉间综合高分辨成像  18-22
    2.3.1 回波信号的形式  18-19
    2.3.2 Chirp 子脉冲脉内压缩  19
    2.3.3 脉间综合高分辨成像  19-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章速度补偿和距离像拼接算法  23-50
  3.1 引言  23
  3.2 多普勒效应对高分辨成像的影响  23-28
    3.2.1 多普勒效应对 Chirp 子脉冲压缩的影响  24-25
    3.2.2 多普勒效应对脉间合成的影响  25-28
  3.3 速度估计和补偿算法  28-39
    3.3.1 时域相关法  29-32
    3.3.2 上下跳频相关法  32-34
    3.3.3 上下跳频 FFT 测速法  34-37
    3.3.4 最小脉组误差法  37-38
    3.3.5 实际系统测速  38-39
  3.4 距离像抽取和拼接算法  39-45
    3.4.1 同距离舍弃法  40-42
    3.4.2 同距离选大法  42-43
    3.4.3 同距离累加法  43-44
    3.4.4 最大值法  44-45
  3.5 先进行抽取后进行补偿的方案  45-49
    3.5.1 目标运动对抽取算法的影响  46-47
    3.5.2 先抽取后补偿  47-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章扩展目标检测  50-59
  4.1 引言  50
  4.2 扩展目标模型与目标检测问题分析  50-52
    4.2.1 扩展目标回波特性  50-51
    4.2.2 扩展目标的最优检测  51-52
  4.3 扩展目标检测方法  52-58
    4.3.1 径向积累检测算法  52-53
    4.3.2 M/N 检测算法  53-55
    4.3.3 基于波形熵的检测算法  55-58
  4.4 距离扩展目标检测窗口长度估计  58
  4.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果  64-66
致谢  66

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