机载相控阵雷达前视超分辨技术研究

摘要

相控阵雷达的距离向分辨率可以应用大时宽的宽频带线性调频信号来提高,而在载机航线与天线波束重合即前视的应用场景下,平台与成像目标之间运动形成的多普勒带宽几乎为零。此时,方位向回波可以建模成相控阵雷达天线方向图与成像目标散射系数的卷积结果,分辨率受限于天线物理孔径,解卷积算法一定程度上可以实现前视方位超分辨。然而,机载应用场景下载机平台与目标间相对运动带来的距离走动以及多普勒质心移动使得回波方位向卷积的信号模型不再成立;相控阵雷达天线方向图由于各种原因偏离设计值或在扫描过程中发生变化,不准确的天线方向图会影响解卷积结果;解卷积的病态性问题使得单通道超分辨的结果对噪声比较敏感。是以,本文针对机载相控阵雷达前视超分辨问题,在解卷积算法的基础上考虑如下三个研究内容:
　　1.推导了机载相控阵雷达运动目标的回波信号模型,分析了运动造成的距离走动以及多普勒质心移动的影响,并在解卷积操作前对其进行补偿。建模推导发现运动情况下距离-方位回波可以写成两维卷积的形式,使用两维解卷积可以在实现方位向超分辨的同时去除运动带来的距离走动以及多普勒质心移动效应。仿真结果初步验证了所提的运动补偿预处理框架以及两维解卷积两种思路的可行性。
　　2.在实际应用中,天线方向图往往不能精确获得,其值会与仿真或者测量的名义方向图之间存在着误差。本文以最小二乘解为例推导相控阵天线方向图误差对求解的影响。考虑成像场景强散射点稀疏分布,在经典的解卷积算法基础上使用加权l1范数限制方向图模型误差给解卷积带来的影响。仿真与实测结果表明所提考虑方向图误差的解卷积算法在超分辨性能上优于传统算法。
　　3.解卷积作为一个典型的逆问题,存在着病态性问题,使得求解的结果对噪声比较敏感。使用多通道解卷积方法可以改善单通道解卷积的病态性问题,我们提出表征天线方向图频谱和观测矩阵奇异值特性的评价标准以更有效地描述多通道系统的性能改进。在多通道系统的基础上,我们结合经典的解卷积算法提出多通道解卷积算法来提高机载相控阵雷达前视锐化效果,最后对以上理论进行仿真分析以及实测数据验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景与意义

1．2 前视成像的历史与现状

1．2．1 DOA估计超分辨

1．2．2 单脉冲成像技术

1．2．3 解卷积成像方法

1．3 论文的主要工作及安排

第2章 机载相控阵雷达运动目标前视成像

2．1 引言

2．2 相控阵雷达前视成像原理

2．3 机载相控阵雷达运动建模

2．4 机载相控阵雷达前视成像

2．4．1 机载相控阵雷达运动补偿

2．4．2 机载相控阵雷达2D解卷积

2．5 本章小结

第3章 相控阵雷达单通道前视超分辨研究

3．1 引言

3．2 相控阵天线方向图建模

3．3 超分辨方向图误差分析

3．4 单通道前视超分辨算法

3．5 本章小结

第4章 相控阵雷达多通道前视超分辨研究

4．1 引言

4．2 解卷积病态性问题分析

4．2．1 频谱与奇异值的关系

4．2．2 解卷积的病态性问题

4．2．3 解卷积问题评价参数

4．3 多通道系统建模与分析

4．3．1 多通道解卷积建模

4．3．2 多通道解卷积分析

4．4 多通道前视超分辨算法

4．4．1 多通道最大后验解卷积

4．4．2 多通道限制迭代解卷积

4．5 仿真以及实测数据处理

4．5．1 实验系统配置

4．5．2 仿真处理结果

4．5．3 实测处理结果

4．6 本章小结

第5章 结束语

5．1 本文工作总结

5．2 后续工作展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果