弹道测速雷达微弱信号处理方法研究

论文摘要

低信噪比信号检测和微弱回波信号处理是多谱勒体制测速雷达在雷达信号处理领域中所面临的主要问题,雷达的四大威胁之一便是来自于各种地、海杂波干扰。以非平稳信号处理理论为工具来研究和解决这一问题,是信号处理领域新的热点之一。论文紧密结合轻武器多谱勒体制弹道测速雷达信号处理的特点,以工程应用背景为要求,充分利用国家靶场现有测试设备及技术,积极吸收国内外先进的研究成果,将小波变换、高阶统计量、短时傅立叶变换等非平稳信号处理手段引入多谱勒测速雷达微弱回波信号处理中,从理论上分析解读了轻武器测速雷达测速工作原理及信号处理方法,研究探索了适合轻武器低伸弹道特点的微弱弹道信息处理理论及方法。本文研究的主要内容和创新点如下:1.提出一种利用四阶累计量作为抑制噪声,提取多谱勒速度的计算方法。该方法解决了传统的频谱分析处理精度差的问题,通过对四阶累积量进行简化递推,易于工程实现。2.提出一种基于小波包HMM去噪的方法,解决了低伸弹道信号信噪比低的检测难题。仿真实验表明,在强噪声背景下进行局部信号去噪,小波包变换优于小波变换。3.对雷达法进行了改进,提出基于小波分析和基于改进的短时傅立叶变换法提取弹丸转速的方法。对比国家靶场试验结果,得出基于改进的短时傅立叶变换的时频分析方法,更适合工程需要,能得到高精度的试验数据的结论,解决了轻武器弹丸转速测试问题。4.提出一种基于小波分析的弹丸曳光飞行时间抽取方法,国家靶场试验证明该方法可使雷达回波信号特征在不同分辨率下显露出来。根据信号幅度的变化,找到信号的突变点,测试精度满足指标要求,为国军标的修正提供依据。综上所述,论文对轻武器弹道测速雷达微弱回波信号进行了深入的研究,作者提出的处理方法,对国家靶场轻武器试验鉴定具有重要意义,具有很高的理论水平和应用推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 雷达信号处理技术概述
• 1.4 曳光飞行时间和弹丸旋转速度研究现状及存在的问题
• 1.5 非平稳信号理论研究的发展现状
• 1.5.1 短时Fourier变换
• 1.5.2 小波变换
• 1.5.3 WVD（Wigner-Ville Distribution）变换
• 1.5.4 分数傅立叶变换
• 1.5.5 多项式相位变换（Polynomial Phase Transform）
• 1.5.6 模糊函数（Ambiguity Function）法
• 1.5.7 Dechirp变换法
• 1.5.8 循环平稳信号处理
• 1.5.9 高阶统计量
• 1.6 本文所做的主要工作及内容安排
• 第2章 轻武器弹道测速雷达工作原理及多谱勒信号处理技术研究
• 2.1 弹道测速雷达的工作原理
• 2.2 弹丸速度多谱勒信号的基本特征
• 2.2.1 轻武器弹丸多谱勒信号规律
• 2.2.2 轻武器刻槽弹丸转速多谱勒信号规律
• 2.2.3 轻武器多目标速度多谱勒信号规律
• 2.3 传统信号处理方法的比较
• 2.3.1 定时测周法
• 2.3.2 定周测时法
• 2.3.3 频谱分析法
• 2.3.4 三种方法比较分析
• 2.3.5 频谱分析技术的选择
• 2.3.6 频域测速精度分析
• 2.3.7 改进措施
• 2.4 时频分析方法
• 2.4.1 加窗处理的作用
• 2.5 本章小结
• 第3章 轻武器低信噪比弹丸速度和曳光飞行时间提取技术研究
• 3.1 弹丸速度处理
• 3.2 基于小波包变换的多谱勒测速雷达局部信号去噪研究
• 3.2.1 信号的小波包分析
• 3.2.2 基于小波包变换的去噪
• 3.2.3 基于小波包的HMTM的局部去噪算法
• 3.2.4 多谱勒测速雷达局部信号去噪实例及实现步骤
• 3.2.5 结论
• 3.3 四阶累计量去噪算法研究
• 3.4 频谱分析优化法
• 3.5 速度曲线提取方法结果比较
• 3.6 轻武器弹丸曳光时间的提取
• 3.6.1 曳光弹及曳光试验
• 3.6.2 频谱分析法
• 3.6.3 小波分析法
• 3.7 本章小结
• 第4章 轻武器弹丸转速提取技术研究
• 4.1 转速测试原理
• 4.2 轻武器弹丸转速提取技术研究的主要内容
• 4.2.1 弹丸弹底刻槽技术研究
• 4.2.2 数据采集与处理方法研究
• 4.3 弹底刻槽技术分析
• 4.4 弹丸RCS分析
• 4.4.1 基于反射场理论对弹丸底部刻槽分析
• 4.4.2 弹丸开槽的RCS特性理论分析
• 4.4.3 结论
• 4.5 弹丸的飞行稳定性
• 4.5.1 刻槽弹丸的飞行稳定性计算
• 4.5.2 国家靶场验证试验
• 4.6 弹丸转速信号频谱分析
• 4.7 转速提取方法
• 4.7.1 频率搜索算法
• 4.7.2 关于搜索范围系数的考虑
• 4.8 数据平滑技术
• 4.8.1 滑动平均法的原理
• 4.8.2 滑动平均方法
• 4.8.3 滑动平均应用实例
• 4.9 目前的多谱勒雷达测量转速的方法
• 4.9.1 超分辨率频谱法
• 4.9.2 二次频谱处理法
• 4.9.3 改进的线性时频分析法
• 4.10 关于转速计算的说明
• 4.10.1 枪口弹丸转速的理论计算方法
• 4.10.2 实测转速的计算方法
• 4.10.3 关于弹丸自转方程的说明
• 4.11 实例和结果
• 4.12 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢