3mm波段主被动复合探测技术研究

论文摘要

本文是国家某重点预研项目的重要组成部分，论文系统地研究了3mm波段主被动复合探测器中的目标识别、电磁兼容性以及信号处理电路的设计。毫米波探测系统用于灵巧弹药中的目标寻的是一个十分重要的研究领域。目前，反装甲目标的精确制导和末敏弹常采用毫米波探测器，而且通常是多模体制，如主动雷达和被动辐射计。毫米波探测器在远距离由雷达进行目标的搜索、识别和跟踪，当接近目标时，由于主动式雷达存在目标闪烁效应使得测角误差相当严重，甚至丢失目标；而被动体制的辐射计却能较好地克服这一缺点，重要的是毫米波辐射计不发射电磁波，具有很高的隐蔽性和很好的抗干扰性能，同等情况下比雷达体积小、消耗的能量少。主被动复合探测器将雷达和辐射计结合，取长补短，大大改善了探测性能，是毫米波近程探测技术的发展趋势。毫米波主被动复合体制目前主要有先主动后被动同频体制、主被动轮流时分同频体制和主被动异频体制。本文研究的是主被动轮流时分工作的3mm波段探测器，它有效地克服了先主动后被动复合体制信息量少，目标识别率低的不足；同时和异频体制相比，具有结构简单、体积小、重量轻的优点。本文在主动雷达目标识别中，研究了一种基于Gabor原子变换和支持向量机（SVM）的雷达目标识别方法。该方法充分利用了Gabor原子变换在信号表示方面的有效性以及SVM在分类方面的优越性。在被动辐射计目标识别中，基于灰系统理论，将灰关联分析用于目标分类识别。以上两种目标识别方法都很好的解决了目标特征模糊和系统工作实时性的要求。在此基础上，利用D-S证据理论方法将主被动通道目标识别结果进行决策层融合，从而较大地提高了探测器的目标识别能力。本文在保证主被动信号尽量不失真的前提下，设计了主被动通道共用的中频放大器，使系统体积更小，成本更低。同时本文还独立完成了一种W波段雪崩管窄脉冲调制器的研制。对于被动通道在工作中受到脉冲调制信号的串扰问题，本文研究了一种可以硬件实现的移步预测滤波快速算法，解决了自适应滤波中对信号要求严格以及运行时间长的不足。最后采用DSP芯片设计了雷达测距，目标识别和信息融合的部分软、硬件实现方案，并完成了样机的部分联调和场外实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 毫米波主被动复合探测器的研究现状及发展趋势
• 1.2.1 毫米波主被动复合探测器
• 1.2.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 论文的主要工作和创新点
• 第二章 毫米波主被动复合探测系统的工作原理及系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 毫米波主动探测系统
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 系统指标分析计算
• 2.2.3 波形模拟
• 2.3 毫米波被动探测系统
• 2.3.1 工作原理
• 2.3.2 系统指标分析计算
• 2.3.3 波形模拟
• 2.4 毫米波主被动复合探测系统
• 2.4.1 主被动复合体制选择
• 2.4.2 工作原理
• 2.4.3 共用器件参数优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 毫米波主动雷达的目标识别
• 3.1 引言
• 3.2 Gabor原子变换
• 3.2.1 Gabor展开和Gabor变换
• 3.2.2 基于Gabor原子变换的波形特征提取
• 3.3 基于支持向量机（SVM）的目标识别方法
• 3.3.1 SVM概述
• 3.3.2 SVM基本原理
• 3.3.3 SVM算法研究
• 3.4 基于Gabor原子变换和支持向量机的雷达目标识别
• 3.4.1 仿真实验步骤
• 3.4.2 实验结果和分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 毫米波辐射计的目标识别
• 4.1 引言
• 4.2 灰色系统理论
• 4.2.1 灰色系统理论概述
• 4.2.2 灰色系统与概率论及模糊集的区别
• 4.2.3 灰色关联分析
• 4.3 基于灰关联分析的毫米波辐射计目标识别
• 4.3.1 仿真实验步骤
• 4.3.2 实验结果和分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 毫米波主被动复合探测系统的信息融合与目标识别
• 5.1 引言
• 5.2 信息融合理论
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 信息融合的层次结构
• 5.2.3 信息融合算法
• 5.3 基于D-S证据理论的信息融合
• 5.3.1 D-S证据理论
• 5.3.2 单传感器多次测量周期的可信度融合
• 5.4 基于信息融合的目标识别
• 5.4.1 单一传感器基本赋值函数的计算
• 5.4.2 融合方案
• 5.4.3 仿真实验结果和分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 毫米波主被动复合系统的电磁兼容性分析和设计
• 6.1 引言
• 6.2 系统中的电磁干扰分析
• 6.3 抑制干扰的措施
• 6.3.1 合理布局
• 6.3.2 有效屏蔽
• 6.3.3 良好接地
• 6.4 脉冲串扰消除方法
• 6.4.1 信号分析
• 6.4.2 自适应滤波法
• 6.4.3 移步预测滤波快速算法
• 6.5 本章小结
• 第七章 毫米波主被动复合探测系统的工程化研究
• 7.1 引言
• 7.2 系统关键部件的研制
• 7.2.1 天线
• 7.2.2 脉冲调制器
• 7.2.3 中频放大器
• 7.2.4 视频放大器
• 7.3 信号处理电路的硬件设计
• 7.3.1 电路设计原理
• 7.3.2 核心芯片的介绍和外围电路的设计
• 7.3.3 主动测距和目标信号识别原理及其参数研究
• 7.3.4 主动测距和目标信号识别的算法研究和软件设计
• 7.4 实验测试和结果分析
• 7.4.1 信号处理系统和前端连接模拟测试实验介绍
• 7.4.2 信号处理系统和前端连接的样机图和DSP信号处理电路板图
• 7.4.3 主动目标探测实验测得的回波
• 7.4.4 被动目标探测实验测得的波形
• 7.5 本章小结
• 结束语
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 参考文献