频率步进雷达运动扩展目标速度估计与距离像抽取研究

论文摘要

脉冲合成高分辨体制雷达以其距离分辨力高、系统复杂性低、成本低、易于工程实现等优点而受到人们的广泛关注。本论文研究了以频率步进信号为工作波形的脉冲频率步进雷达的速度估计与距离像抽取问题,全文工作概括如下:第一章介绍了论文的研究背景和意义,概括了国内外关于速度估计和距离像抽取相关问题的研究历史与现状,并简要说明了论文的组织结构与章节安排。第二章首先介绍了脉冲频率步进信号及其改进信号的波形和数学表达式,这类信号的共同优点是在实现距离高分辨的同时,降低了处理机的接收带宽和实现难度;通过对静止点目标和静止扩展目标成像原理的推导,进一步讨论了过采样条件下的目标成像,指出了在过采样条件下要解决的信息冗余和速度估计问题;最后简要叙述了频域细化等方法对频率步进信号的处理。第三章研究了运动扩展目标的速度估计算法。首先分析了速度对高分辨距离像产生的影响——距离像移位和峰值发散;其次简要总结了现有的速度估计方法,提出了利用频率插值与FFT相结合估计目标速度的新算法,并对现有的正负调频法进行了改进;最后针对扩展目标过采样条件下IFFT后的回波数据矩阵,提出了两种速度估计方法——粗分辨速度估计法和高分辨速度估计法,并对两种方法进行了计算机仿真对比。第四章主要讨论了距离像抽取算法。首先对频率步进雷达系统参数进行了分析,指出在过采样条件下必须采用距离像抽取算法才能获取正确的一维距离像,并讨论了参数的宽紧约束条件对距离像抽取算法的要求;其次,针对静止目标,总结和分析了现有的几种距离像抽取算法的具体实现和抽取性能;最后,针对运动目标,分析了速度对距离像抽取算法产生的影响——假峰问题与散射点遗漏问题。速度的影响可以通过对抽取算法的改进得到解决,本章最后讨论了两种距离像抽取的改进算法。第五章对速度估计问题和距离像抽取问题进行了综合研究。首先简要叙述了频率步进雷达的信号处理流程及其主要信号处理部件。其次提出了两种高分辨距离像的获取方案:第一种为先进行速度补偿后进行距离像抽取的方案;第二种是先进行距离像抽取后进行速度补偿的方案。对两种方案的实现过程分别进行了详细讨论和计算机仿真,并对比分析了两种方案的性能及适用性。两种方案的提出使速度估计问题与距离像抽取问题得到了较好的统一。文末对全文进行了总结,并指出了下一步需要进行的工作和尚待解决的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 速度补偿的研究
• 1.2.2 距离像抽取研究
• 1.3 论文所做的工作及章节安排
• 第二章 频率步进雷达信号及成像原理
• 2.1 引言
• 2.2 频率步进雷达信号
• 2.2.1 一般的脉冲频率步进信号
• 2.2.2 脉冲频率步进信号的改进
• 2.3 频率步进雷达成像原理
• 2.3.1 静止点目标的成像
• 2.3.2 静止扩展目标成像
• 2.3.3 过采样条件下成像
• 2.4 频率步进信号的其它处理方法
• 2.5 小结
• 第三章 运动扩展目标速度估计算法
• 3.1 引言
• 3.2 速度对高分辨距离像的影响分析
• 3.3 速度估计方法研究
• 3.3.1 典型的速度估计方法
• 3.3.2 速度估计方法的改进
• 3.4 扩展目标过采样条件下的速度估计
• 3.4.1 粗分辨维距离差测速法
• 3.4.2 高分辨维距离差测速法
• 3.5 小结
• 第四章 运动扩展目标距离像抽取算法
• 4.1 引言
• 4.2 系统参数分析与高分辨距离像的抽取
• 4.2.1 频率步进信号的主要参数分析
• 4.2.2 高分辨距离像的抽取原理分析
• 4.3 典型的距离像抽取算法
• 4.3.1 同距离舍弃法
• 4.3.2 同距离选大法
• 4.3.3 同距离累加法
• 4.4 速度对距离像抽取算法的影响分析
• 4.5 运动目标环境下的距离像抽取算法
• 4.5.1 基于移位搜索距离像比较的目标抽取算法
• 4.5.2 基于回波矩阵最大值位置的目标抽取算法
• 4.6 小结
• 第五章 运动扩展目标速度估计与距离像抽取综合处理
• 5.1 引言
• 5.2 频率步进雷达的信号处理
• 5.2.1 频率步进雷达信号处理流程
• 5.2.2 频率步进雷达信号处理部件
• 5.3 两种速度估计与距离像抽取的实现方案
• 5.3.1 先进行速度补偿后进行距离像抽取方案
• 5.3.2 先进行距离像抽取后进行速度补偿方案
• 5.4 两种方案的性能分析与计算机仿真对比
• 5.5 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果