利用空频域信息的单站无源定位与跟踪关键技术研究

论文摘要

无源定位与跟踪系统作为对有源探测系统的完善和补充,日益受到各国的重视。论文以质点运动学原理为基础,围绕利用空频域信息进行单站无源定位与跟踪中的定位原理和方法、测距误差分析、跟踪滤波算法以及高精度频域参数测量等关键技术问题展开研究,为单站无源定位与跟踪系统的设计和实施提供了重要的理论基础和技术支撑。论文主要包括以下内容:结合单站无源目标跟踪系统的特点,提出了一种稳定性好、精度高的跟踪滤波算法,将状态方程和观测方程变换到极坐标中,降低了强弱可观测项之间的耦合,选取径向速度作为系统状态量,并将其初始估计误差控制在一定范围内,增强了算法的稳定性。针对单载频雷达脉冲信号,提出了基于相关的脉冲群间多普勒频率变化率高精度估计算法,通过离散傅立叶变换实现了相参积累,提高了相参脉冲群相对模糊频率估计精度。提出了基于连续小波变换的多普勒频率变化率高精度估计算法,通过对信号的小波变换系数自相关运算,消除了相位测量的模糊,根据相位测量值可得到多普勒频率变化率的加权最小二乘估计值。算法具有较低的信噪比门限,估计性能接近最优。针对复杂雷达脉冲信号,提出了对线性调频信号的多普勒频率变化率估计算法,对线性调频信号的渐近小波变换系数做相关,消除了测量相位模糊和线性调频信号的调频率对参数估计的影响。提出了对相位编码信号的多普勒频率变化率估计算法,采用离散傅立叶变换实现了脉冲间的相关积累,算法具有一定的信噪比门限,估计性能接近最优。两种算法有效解决了单站无源定位与跟踪系统无法处理该类信号的关键技术问题。提出了基于脉冲间瞬时自相关的多普勒频率变化率估计算法,算法能有效处理多种形式的雷达信号,具有较强的信号适应能力,这对降低系统设计的复杂度尤为有利,在一般的无源观测条件下其多普勒频率变化率的估计精度能达到Hz/s量级。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 基于外辐射源的无源定位与跟踪
• 1.1.2 基于目标辐射源的无源定位与跟踪
• 1.2 单站无源定位与跟踪技术发展状况
• 1.2.1 国外研究发展状况
• 1.2.2 国内研究发展状况
• 1.3 单站无源定位与跟踪方法及其关键技术
• 1.3.1 辐射源观测量选择问题
• 1.3.2 定位方法问题
• 1.3.3 参数测量问题
• 1.3.4 观测模型问题
• 1.3.5 跟踪算法问题
• 1.4 论文的主要内容和创新工作
• 1.4.1 论文的主要内容
• 1.4.2 论文的创新工作
• 第二章 利用空频域信息的单站无源定位及测距误差分析
• 2.1 单站无源定位系统中常用坐标系
• 2.1.1 地理坐标系和载机地理坐标系
• 2.1.2 载机坐标系
• 2.1.3 天线坐标系
• 2.2 利用空频域信息的单站无源定位原理
• 2.2.1 质点运动学分析的数学基础
• 2.2.2 利用空频域信息的单站无源定位模型
• 2.2.3 利用空频域信息的即时定位原理
• 2.3 即时定位的测距误差分析
• 2.3.1 角度、多普勒频率变化率定位方法测距误差分析
• 2.3.2 角度、角速度、多普勒频率变化率定位方法测距误差分析
• 2.4 小结
• 第三章 稳定的单站无源目标跟踪算法研究
• 3.1 非线性Bayes跟踪滤波算法
• 3.1.1 最优Bayes滤波
• 3.1.2 EKF及其衍生算法
• 3.1.3 UT变换及UKF滤波算法
• 3.2 基于空频域信息的简化UKF算法
• 3.2.1 基于空频域信息的单站无源目标跟踪模型
• 3.2.2 简化UKF算法
• 3.3 基于极坐标的稳定UKF单站无源目标跟踪算法
• 3.3.1 基于空频域信息的单站无源目标跟踪系统特点
• 3.3.2 极坐标系中单站无源目标跟踪模型
• 3.3.3 PCUKF目标跟踪算法
• 3.4 数值仿真实验和分析
• 3.4.1 不同观测精度下的滤波性能
• 3.4.2 单个观测量对滤波性能的影响
• 3.5 小结
• 第四章 雷达信号多普勒频率变化率测量技术研究
• 4.1 雷达信号模型分析
• 4.1.1 雷达信号及多普勒频率变化率的特点
• 4.1.2 对接收信号的建模
• 4.2 基于频率信息的多普勒频率变化率测量原理和方法
• 4.2.1 基于频率信息的多普勒频率变化率测量原理
• 4.2.2 相参脉冲群频率估计的统计性能分析
• 4.2.3 相参脉冲群频率估计的现有方法
• 4.3 基于相关积累的脉冲群间多普勒频率变化率估计算法
• 4.3.1 相参脉冲群的相对模糊频率估计
• 4.3.2 脉冲群间多普勒频率变化率估计算法
• 4.3.3 数值仿真
• 4.4 基于相位信息的多普勒频率变化率测量原理和方法
• 4.4.1 相位参数估计的CRLB
• 4.4.2 基于相位信息的多普勒频率变化率测量原理和方法
• 4.5 基于连续小波变换的多普勒频率变化率高精度估计算法
• 4.5.1 连续小波变换及Morlet小波
• 4.5.2 DFRECWT算法推导
• 4.5.3 小波变换的模极大值点估计
• 4.5.4 DFRECWT算法仿真和性能分析
• 4.5.5 修正DFRECWT算法
• 4.6 小结
• 第五章 复杂雷达信号多普勒频率变化率的估计算法
• 5.1 LFM和PSK相参脉冲信号模型
• 5.2 基于渐近小波变换的LFM信号多普勒频率变化率估计算法
• 5.2.1 渐近性信号的小波展开
• 5.2.2 小波脊线和小波曲线
• 5.2.3 DFREAWT算法推导
• 5.2.4 小波脊线和初始角频率的估计
• 5.2.5 DFREAWT算法仿真和性能分析
• 5.3 PSK相参脉冲信号多普勒频率变化率估计算法
• 5.3.1 DFRESFD算法推导
• 5.3.2 DFRESFD算法仿真和性能分析
• 5.4 脉冲间瞬时自相关的多普勒频率变化率估计算法
• 5.4.1 DFREIAC算法推导
• 5.4.2 DFREIAC算法仿真和性能分析
• 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