基于调频广播的无源雷达系统中微弱目标检测技术的研究

论文摘要

基于民用机会照射源的无源雷达系统,因为其抗隐身、反侦察和生存能力强等特点,备受各国重视。这种雷达系统利用广播、电视、卫星等外部辐射源,对空中目标,包括隐身飞机或巡航导弹等目标的微弱反射信号进行相干检测,估计目标反射信号的到达方向、到达时间和多普勒频移等参数,并以此来跟踪、识别目标。由于这种系统本身并不像常规雷达探测系统那样需要发射电磁波,且商用无线电台或电视台均工作在VHF频段,因此,它兼顾了常规低频雷达的优点而又具有较强的生存能力和抗隐身特性。实际实验表明该类型雷达将成为现有探测技术的一种有效补充,具有广阔的发展前景和重要的实用(军用及民用)价值。选择什么样的机会照射源是个关键。美国John等人研究表明,FM广播信号具有较短的自相关时间,FM信号当大于1ms的相关时间时近似于理想的白噪声源。因此,调频广播信号作为一种类随机发射信号,具较好脉冲压缩性能、接收机系统误差小而且容易获得的优点。美国人Chadwick研究指出利用双基地探测飞机的关键问题是从强直射信号中分离目标回波,这类似于从强干扰白噪声信号中检测微弱信号。本论文围绕上述热点,以基于商业立体声调频广播信号的被动雷达系统为实验平台,对存在强直达波及其多径干扰下的微弱雷达目标检测技术进行研究。本文的主要工作现归纳如下:1、深入系统地研究了外辐射源雷达系统的信号处理方案,指出高的杂波抑制性能是获得好的检测性能的关键,分析了相关系数和相消比的关系,讨论了采样速率对相消比的影响。提出了基于分数时延估计的地杂波抑制和信号检测地方法。该方法用高分辨率的时间迟延估计技术,把对系统采样率和杂波抑制器滤长度的要求转化到对直达波及多径迟延到达时间的内插估计精度上。该方法不受系统采样速率的限制,当中频采样速率较低、相消器长度较短时,仍然能够由精确的信号内插时延估计求出对应于若干倍中频采样速率的信号时延,提高了杂波抑制性能。对实测数据的处理表明该方法有效地提高了杂波抑制性能。论文还讨论了影响杂波抑制性能的两个因素:双通道不一致特性和系统非线性,提出了通道均衡、直接采样和接收端附加简单模拟相消器的改善方法。2、Griffiths和Long在研究电视波形时,指出机会照射波形的模糊函数是个关键,因为模糊函数的特性将决定距离分辨率、距离模糊间隔、距离旁瓣水平以及多普勒分辨率。商业调频立体声广播信号为在接收端易于解调通常利用副载波,

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 基于外辐射源的被动雷达系统概述
• 1.2 基于外辐射源的被动雷达系统的发展
• 1.2.1 早期阶段
• 1.2.2 中期阶段
• 1.2.3 全面发展阶段
• 1.3 基于外辐射源的被动雷达系统的关键技术
• 1.3.1 机会照射信源分析及其要求
• 1.3.2 信号采集系统的动态范围和线性度
• 1.3.3 直达波和地杂波抑制
• 1.3.4 从多径信号中恢复直达波信号
• 1.3.5 目标跟踪、识别和数据融合技术
• 1.4 论文的内容和安排
• 本章参考文献
• 第二章 直达波和近程地杂波的抑制
• 2.1 引言
• 2.2 动目标相干检测的信号处理方案
• 2.3 直达波和近程地杂波的抑制算法
• 2.3.1 自适应杂波抑制
• 2.3.2 相关系数与地杂波抑制比的关系
• 2.3.3 采样速率对杂波抑制性能的影响
• 2.3.4 分数延时的多径杂波抑制算法
• 2.4 通道一致性和系统非线性对相消性能的影响
• 2.4.1 通道特性均衡与杂波相消的关系
• 2.4.2 通道非线性对杂波抑制的影响
• 2.5 实测数据处理
• 2.6 小结
• 本章参考文献
• 第三章 立体声调频广播信号的特点对检测性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 谐波调频现象对检测性能的影响
• 3.2.1 导频信号对检测性能的影响
• 3.2.2 音乐信号中的单频信号对检测性能的影响
• 3.3 时变带宽对检测性能的影响
• 3.3.1 调频立体声广播信号停顿期的短时频谱和平均带宽
• 3.3.2 提高距离分辨率
• 3.4 对实测数据的分析
• 3.4.1 导频信号对模糊函数的影响
• 3.4.2 音乐信号谐波调制对模糊函数的影响
• 3.4.3 提高含有调制信号停顿期的数据段的距离分辨率
• 3.5 小结
• 本章参考文献
• 第四章 直达波信号的恢复
• 4.1 引言
• 4.2 基本的盲信道均衡方法
• 4.2.1 盲均衡问题概述
• 4.2.2 盲均衡算法概述
• 4.2.3 利用循环平稳统计量的盲均衡
• 4.2.4 显式高阶统计量盲均衡
• 4.2.5 基于隐式高阶统计量的盲均衡：Bussgang 盲均衡算法
• 4.3 恒模均衡算法及其改进算法
• 4.3.1 CMA 算法
• 4.3.2 卷积噪声的统计特性
• 4.3.3 基于Laguerre 滤波器的CMA 算法
• 4.3.4 基于IIR 滤波器的CMA 算法
• 4.4 对仿真和实测数据的盲均衡
• 4.4.1 QI 正交变换的滤波器引入的等效多径
• 4.4.2 采样频率的选择
• 4.4.3 步长的选择
• 4.4.4 Laguerre-CMA 和IIR-CMA 对实测数据的均衡
• 4.4.5 均衡对参考信号相关函数改善
• 4.4.6 均衡对地杂波抑制的改善
• 4.5 小结
• 本章参考文献
• 第五章 单站无源动目标检测系统的威力估计
• 5.1 引言
• 5.2 接收机噪声和杂波功率分析
• 5.2.1 接收机噪声功率分析
• 5.2.2 传播因子的计算以及杂波功率分析
• 5.2.3 噪声功率和杂波功率的比较
• 5.3 高空和低空探测范围
• 5.3.1 高空探测范围
• 5.3.2 探测距离
• 5.3.3 低空探测范围
• 5.4 实验系统威力范围估计
• 5.4.1 高空探测范围
• 5.4.2 低空探测范围
• 5.4.3 实验系统的最大探测距离
• 5.5 小结
• 本章参考文献
• 第六章 结束语
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 作者在读期间的研究成果