基于微波热辐射及空间谱估计的隐身目标探测方法研究

论文摘要

有效地探测隐身目标已成为当前国防急需解决的问题。利用微波辐射计探测隐身目标是一种有效的无源探测方法，该方法具有隐蔽性好，不受气候条件和战场烟尘影响等优点。采用天线阵列可将多个小口径天线合成为一个等效的大天线，以提高空间分辨率，但传统的阵列信号处理方法(如：综合孔径算法)的空间分辨率受到天线阵列最大基线长度的限制。为了进一步提高分辨率，论文将阵列信号处理中的空间谱估计方法应用于微波热辐射稀疏阵列接收系统，提出一种新的基于目标微波热辐射信号和空间谱估计的全被动探测方法，该方法利用天线阵列实现高分辨率；利用空间谱估计进一步提高分辨率(实现超分辨率，超越硬件系统空间分辨率的极限)；利用稀疏排列减少所需的阵元数，以保证在不降低系统分辨力的情况下降低系统的复杂度和成本。论文对隐身目标的微波热辐射及传输特性进行了分析，建立了集空中隐身目标、大气传输信道及微波热辐射探测系统于一体的隐身目标微波热辐射信号传输模型，可给出隐身目标和背景的辐射亮温分布，并辅以计算机仿真和实测实验验证了该模型的正确性和有效性。论文从本质上对空间谱估计算法的内在联系和区别作了归纳和总结，选取部分主流算法对其性能进了分析及仿真。并研究了将空间谱估计算法直接用于稀疏阵列所带来的阵列流型模糊进而导致的信号方向估计模糊问题，提出了一种基于任意整数倍间距排列的线阵阵列流型维数的计算方法，可以快速得到以任意整数倍间距排列线阵的维数及与入射信号数相对应的所有模糊角度，可用于解决部分线阵由于稀疏排列所引起信号方向估计模糊问题。在此基础上，论文建立了基于微波热辐射信号及空间谱估计的隐身目标探测模型，利用该模型分析了理想探测系统的性能，包括灵敏度和分辨率，并与采用其他信号处理方法的探测系统的性能通过理论分析和实验进行了对比，结果表明，采用空间谱估计的探测系统的分辨率高于采用其他信号处理方法的探测系统的分辨率，可实现目标的超分辨探测。实际系统不可避免地存在误差，误差会降低空间谱估计的性能，需要研究误差模型和误差校正方法。论文首先对阵列误差、阵列误差模型和校正算法进行了概述和分类。然后针对微波热辐射信号弱的特点，建立了低信噪比阵列误差模型，并基于该模型提出了两种新的阵列误差校正算法。最后通过仿真和实验验证了在低信噪比和存在误差的情况下，论文所提出的阵列误差模型及校正算法依然使得具有高分辨率的空间谱估计算法能够很好地应用于微波热辐射阵列接收系统进行隐身目标的探测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及目的意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 论文研究内容及结构安排
• 2 隐身目标微波热辐射及传输
• 2.1 引言
• 2.2 隐身目标微波热辐射信号
• 2.3 大气及地物对微波热辐射信号传输的影响
• 2.4 隐身目标微波热辐射信号传输模型
• 2.5 本章小结
• 3 空间谱估计理论与算法
• 3.1 引言
• 3.2 空间谱估计的数学模型
• 3.3 空间谱估计的基本算法
• 3.4 空间谱估计的算法性能仿真分析
• 3.5 本章小结
• 4 阵列流型对空间谱估计算法性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 阵列流型的定义及分类
• 4.3 阵列流型维数计算方法
• 4.4 仿真分析
• 4.5 本章小结
• 5 基于微波热辐射的空间谱估计探测方法
• 5.1 引言
• 5.2 空间谱用于微波热辐射探测的原理
• 5.3 理想探测系统的灵敏度
• 5.4 理想探测系统的分辨率
• 5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 6 探测系统的阵列误差分析及校正方法
• 6.1 引言
• 6.2 探测系统的阵列误差分类
• 6.3 探测系统的阵列误差模型
• 6.4 探测系统的阵列误差校正算法
• 6.5 仿真分析
• 6.6 实验结果
• 6.7 本章小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士期间发表的主要论文
• 附录2 攻读博士期间申请的专利
• 附录3 论文使用符号一览表