频率跳变雷达信号设计与处理方法研究

论文摘要

本文针对频率跳变脉冲信号进行了讨论与研究,分别从信号设计和信号处理的角度研究了跳频信号低旁瓣实现方法以及速度处理方法。在信号设计方面,文中讨论了给定频谱范围条件下低旁瓣跳频信号设计方法-等面积划分法、基于梯度的自适应设计方法以及遗传算法。三种方法从不同的角度来获得跳频频率以实现低旁瓣信号的要求。等面积划分法是基于非线性调频信号设计法的改进,这种方法依赖于所选取的窗函数形式,所以得到的频率组合虽能使信号旁瓣变低但并非最优化的,同时旁瓣分布不均匀。基于梯度的自适应设计法通过最大旁瓣误差来调整各个频率,从而获得低旁瓣的跳频信号,并且信号旁瓣分布均匀,但是由于采用了梯度算法,初始值选取不好会导致信号收敛于局部极值点。遗传算法利用了其求解组合优化问题的优势,通过将给定频谱离散化,可实现频率优化求解,由于其对频谱的离散化处理,通常使得频率收敛于最优解的附近区域,所以结合遗传算法初始化和梯度算法收敛性,可获得最优频率。从信号处理角度,由于某些情况下低旁瓣跳频信号无法通过设计来实现,只能通过信号处理的方式来抑制旁瓣,如随机跳频信号。就信号处理方式而言,文中重点从滤波器的角度研究了跳频信号旁瓣抑制方法,提出了基于二阶锥规划的旁瓣抑制滤波器设计算法。该算法能够实现恒增益要求下的旁瓣抑制滤波器设计。速度-距离二维处理是重要的信号处理过程,所以除了距离旁瓣抑制外,文中对跳频信号速度处理方法也进行了探讨。研究了跳频信号两种常用的速度处理方法:频域插值法和速度直接对齐法。目标速度处理还可利用外推内插算法实现高分辨处理,如基于CG模型的速度超分辨处理方法。研究表明该方法在处理速度超分辨时具有很好的效果。在跳频信号二维处理过程中,由于存在速度距离耦合情况,所以文中在分析了信号经过速度处理后存在的速度距离耦合相位项的基础上,讨论了耦合相位补偿方法,从而实现去耦合处理。然后通过距离维处理:匹配滤波和旁瓣抑制,实现回波信号的二维处理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 研究历史及现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 频率跳变脉冲信号的分析与设计
• 2.1 频率跳变脉冲信号分析
• 2.1.1 雷达信号的模糊函数
• 2.1.2 频率跳变脉冲信号的模糊函数
• 2.1.3 频率跳变脉冲信号的波形参数
• 2.2 低旁瓣跳频信号设计方法
• 2.2.1 基于等面积划分法的信号设计方法
• 2.2.2 基于梯度的自适应调整法
• 2.2.3 基于遗传算法的跳频信号设计方法
• 2.3 频谱受限跳频信号设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 频率跳变脉冲信号的旁瓣抑制算法
• 3.1 跳频信号旁瓣抑制算法与信噪比损失
• 3.2 迭代加权最小二乘算法（IRLS）
• 3.3 基于SOCP算法的恒增益旁瓣抑制滤波器设计
• 3.3.1 二阶锥规划（SOCP）算法原理
• 3.3.2 滤波器设计问题与SOCP算法的转化
• 3.3.3 基于SOCP算法的滤波器设计步骤
• 3.4 仿真分析
• 3.4.1 两种旁瓣抑制滤波器的关系
• 3.4.2 基于SOCP算法的旁瓣抑制滤波器仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 频率跳变脉冲信号回波的二维处理
• 4.1 距离处理方法
• 4.2 速度处理方法
• 4.2.1 频域插值法
• 4.2.2 直接速度对齐法
• 4.2.3 速度分辨率与速度模糊
• 4.2.4 基于内插-外推的速度高分辨算法
• 4.3 距离速度的二维处理
• 4.3.1 距离-多普勒耦合
• 4.3.2 二维联合处理过程
• 4.3.3 速度距离简化处理模型
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢