高频地波雷达中自适应波束形成算法的研究与实现

论文摘要

高频地波雷达利用长电磁波能够在地球表面沿曲面传播机理,可以探测到超视距的舰船、飞机和导弹等低空目标,其最大探测距离可以达到300到400公里,正好处于天波超视距雷达和微波雷达探测范围之间。以上三种雷达配合使用,就可以形成大范围纵深的立体防御系统。高频地波雷达还具有躲避反辐射导弹、反隐身以及成本和维修费用相对较低等优点。高频地波雷达的检测性能主要受两种杂波的影响,近距离受海杂波影响,远距离受电离杂波的影响,自适应波束形成算法的出现可以解决上述问题,可以把目标从杂波背景中提取出来,提高雷达的检测性能。本论文首先介绍了高频地波雷达的系统结构,并着重介绍了雷达信号处理流程。接着介绍了波束形成和自适应波束形成的原理。波束形成是指对来自多个阵元的数据进行相干联合处理,从而可以达到对空间信息的选择性接收,使得阵列天线可以指向某一特定的角度。空时自适应波束形成是地波雷达抑制杂波的有效方法,是对空域和时域的信息进行联合处理,使得波束可以指向某一感兴趣的方向和多普勒频域。自适应波束形成中用来调整权值的算法就是空时自适应算法,本论文讨论了全空时自适应算法和一种降维的空时自适应算法,仿真表明该算法可以有效的抑制杂波,把运动的目标从静止的杂波和噪声中提取出来。近年来,FPGA在网络、数字通信、视频图像处理和雷达信号处理领域已经成了高性能的信号处理系统的理想选择器件。它具有资源容量大,密度高而且速度快等优点。为了使不精通硬件编程的设计人员同样可以使用FPGA,XILINX公司开发了System Generator工具。用户可以采样Matlab/Simulink搭建系统模型,通过System Generator工具把模型映射成基于FPGA的硬件方案。加速、简化了FPGA的数字信号处理系统级硬件设计。本论文使用System Generator对自适应波束形成进行模型化设计,在Simulink中进行功能仿真,生成HDL代码。并且对算法采用硬件协同仿真方式来验证算法在芯片上可以运行。

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 国内外发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 高频地波雷达原理及SYSGEN工具介绍
• 2.1 高频地波雷达系统结构
• 2.2 高频地波雷达信号处理流程
• 2.3 SYSTEM GENERATOR FOR DSP的概述
• 2.3.1 System generator for DSP的主要用途
• 2.3.2 用System generator for DSP进行系统级建模
• 2.3.3 使用System generator for DSP的注意事项
• 2.4 小结
• 第3章 波束形成及空时二维自适应处理
• 3.1 空域滤波
• 3.1.1 数字波束形成
• 3.1.2 自适应数字波束形成
• 3.2 空时自适应波束形成
• 3.3 降维STAP处理-局域联合滤波（JDL）
• 3.4 小结
• 第4章 空时自适应波束形成的实现
• 4.1 搭建SYSTEM GENERATOR模型
• 4.2 HDL代码生成及编译
• 4.3 硬件协同仿真
• 4.4 小结
• 结论
• 附录A
• 参考文献
• 致谢