天线空域极化特性及应用

论文摘要

面向复杂电磁环境下实战背景,充分挖掘和利用蕴含在电磁波和雷达天线中的极化信息,拓展和完善雷达极化理论,最大限度的利用雷达系统所获得的电磁信息,提高雷达系统在恶劣电磁环境下的生存和对抗能力,使之能够适应复杂多变的战场环境,已经成为雷达极化技术领域所面临的基础课题和紧迫任务。论文诠释了天线空域极化特性的内涵,建立了天线空域极化特性表征方法,系统分析了天线空域极化特性,并对天线空域极化特性在目标极化特性测量、抗有源干扰和真假目标鉴别等领域中的应用进行了富有成效的研究,有力拓展了雷达极化信息处理技术的外延,丰富了雷达极化理论的内涵。具体内容可分为理论研究和应用研究两个层面:在理论研究方面,以瞬态极化理论为基础,诠释了天线空域极化特性的内涵,建立了空域瞬态极化表征方法,揭示了天线极化特性在空间的演化、分布规律,不仅补充和完善了电磁波和天线极化理论,且为天线空域极化特性的刻画和应用提供了理论基础和有力工具。具体内容包括:①建立了天线空域极化特性的表征理论框架,包括天线空域极化特性内涵的诠释,天线空域极化特性的经典描述和天线空域瞬态极化特性的表征;②结合理论分析和计算机仿真,首次系统分析了各种线天线和面天线的空域极化特性,包括短偶极子、正交偶极子天线、环天线、螺旋天线、波导口辐射器、喇叭天线以及抛物面天线等,得到了一组有意义的结论;③针对实际干扰机天线和正馈抛物面天线,利用暗室测量数据,分析了天线极化特性在空间的分布情况,由于各种现实因素的影响,虽然基本规律与理论分析相符,但实际天线的空域极化特性比理论推导更为显著;在上述基础上,建立了四种典型的天线空域极化特性模型。天线空域极化特性的研究不仅证明了雷达天线空域极化特性的存在性,更揭示了天线极化特性在空间的内在变化规律,为其在极化测量、鉴别、抗干扰等领域中的应用奠定了理论基础和技术支撑。在应用研究方面,针对机械扫描体制雷达,论文力求通过分析雷达天线的空域极化特性,采用先进的信号与信息处理手段,充分挖掘雷达装备所固有的极化信息处理潜力,有效提升我防空雷达在复杂电磁环境下的抗干扰能力和目标识别能力。具体内容包括:①提出了一种利用天线空域极化特性估计来波信号极化状态的新方法,对算法的可行性、稳定性、有效性进行了理论分析,并结合计算机仿真,系统分析了各因素对算法性能的影响程度以及算法的适用范围和提高算法性能的主要途径;基于此极化矢量估计算法,提出了一种新颖的自适应极化滤波方法,并对该滤波器的干扰抑制效果进行了理论分析和仿真验证。②提出了两种基于天线空域极化特性的目标极化散射矩阵测量新方法,根据对接收回波信号处理方法上的差异,分别简称为“时域测量法”和“频域测量法”,结合暗室测量数据,对算法性能进行了理论分析和仿真验证;在此基础上,提出了一种新颖的固定转发式有源假目标极化鉴别方法,仿真实验验证了该方法的有效性。需要特别指出的是:论文提出的极化测量的思想与方法,突破了传统的分时极化测量和同时极化测量体制利用两个正交极化通道进行处理的思路,另辟蹊径地通过利用天线的空域极化特性,仅需一个极化通道即可完成来波极化状态估计和目标的极化散射矩阵测量;与美国等发达国家抛弃已有的装备、开发新体制极化雷达的技术路线相比,在性能上会存在一些固有的差距,但是,其优势在于它利用创新性手段,可望明显提升现役雷达的抗干扰和智能识别能力,将极大地缩短研制周期、降低成本,适合现阶段乃至未来很长一段时间内我国武器装备发展的特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相关问题的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 雷达极化学理论方面
• 1.2.2 天线极化特性及应用方面
• 1.2.3 雷达极化测量方面
• 1.2.4 极化抗干扰方面
• 1.3 论文主要工作和结构安排
• 第二章 天线空域极化特性的表征
• 2.1 引言
• 2.2 电磁波的极化表征
• 2.2.1 电磁波极化的经典描述
• 2.2.2 电磁波的瞬态极化表征
• 2.3 天线空域极化特性的涵义
• 2.3.1 天线的极化
• 2.3.2 天线的交叉极化
• 2.3.3 天线空域极化特性的内涵
• 2.4 天线空域极化特性的表征
• 2.4.1 天线空域极化特性的经典描述
• 2.4.2 天线空域瞬态极化特性的表征
• 2.5 小结
• 第三章 天线的空域极化特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 典型线天线的空域极化特性
• 3.2.1 短偶极子天线的空域极化特性
• 3.2.2 正交偶极子天线的空域极化特性
• 3.2.3 环天线的空域极化特性
• 3.2.4 螺旋天线的空域极化特性
• 3.3 典型面天线的空域极化特性
• 3.3.1 典型等效口径分布天线的空域极化特性
• 3.3.2 典型波导口辐射器的空域极化特性
• 3.3.3 典型喇叭天线的空域极化特性
• 3.4 偏置抛物面天线的空域极化特性
• 3.4.1 偏置抛物面天线空域极化特性的理论计算
• 3.4.2 偏置抛物面天线空域极化特性的仿真分析
• 3.5 实测天线的空域极化特性分析
• 3.5.1 某干扰机天线的空域极化特性分析
• 3.5.2 某抛物面天线的空域极化特性分析
• 3.6 天线空域极化特性的建模与仿真
• 3.7 小结
• 第四章 基于天线空域极化特性的来波极化估计及应用
• 4.1 引言
• 4.2 基于天线空域极化特性的电磁波极化矢量估计方法
• 4.2.1 算法原理
• 4.2.2 算法性能的理论分析
• 4.2.3 算法性能的仿真分析
• 4.3 基于天线空域极化特性的噪声压制干扰抑制
• 4.3.1 极化估计误差的统计分析
• 4.3.2 噪声压制干扰抑制方法及性能分析
• 4.4 小结
• 第五章 基于天线空域极化特性的目标极化散射矩阵测量及应用
• 5.1 引言
• 5.2 基于天线空域极化特性的目标极化散射矩阵时域测量
• 5.2.1 算法原理
• 5.2.2 算法性能的理论分析
• 5.2.3 计算机仿真与结果分析
• 5.2.4 时域测量法的适用性分析
• 5.3 基于天线空域极化特性的目标极化散射矩阵频域测量
• 5.3.1 算法原理
• 5.3.2 算法性能的理论分析
• 5.3.3 算法性能的仿真分析
• 5.4 基于天线空域极化特性的有源假目标鉴别
• 5.4.1 鉴别原理及算法设计
• 5.4.2 鉴别性能的仿真分析
• 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
• 作者在学期间参与的科研工作
• 附录A 典型喇叭天线的辐射场
• 附录B 单偏置抛物面各坐标系间的转换关系
• 附录C 单偏置抛物面的投影口面