基于被动雷达的高分辨测向技术研究

论文摘要

空间谱估计技术具有测角精度高、角度分辨力强、不受瑞利限限制等优点。在航海、航空、民事通信、雷达电子对抗,水声声呐等方面有着广泛的应用前景。在如今雷达电子对抗领域尤其是被动测向方面,在新旧测向体制同时存在、电磁环境日趋复杂以及对雷达诱饵进行多目标测向等情况下,对空间谱估计技术进行研究有着重要的意义。本课题在结合工程应用的背景下,对被动雷达测向系统中的测向方法进行研究,着重研究多目标的高精度、高分辨测向方法。通过对已有的空间谱估计算法进行分析和改进,实现改进算法在精度和分辨性能上的提高。首先,介绍了被动测向技术中相位干涉仪测向技术的原理,简要分析了该技术中的相位模糊和测角精度等相关问题,并通过数学推导建立起非相干两点源下比相体制干涉仪进行动态测向的数学模型,实验仿真结果给出了在非相干两点源下比相干涉仪动态测向的性能,证明了干涉仪测向技术不具有分辨多目标的能力。为此,引入了空间谱估计测向技术,并以谱估计技术中的经典MUSIC算法为主要研究对象,给出了天线阵列接收信号典型的数学模型,包括一维线阵和空间立体阵列模型。然后,针对经典MUSIC算法等相关算法存在的问题进行研究,通过一系列的理论分析和推导对经典MUSIC算法进行合理的改进,以实现测向精度和分辨力等性能的提高。接下来,在不同的仿真条件下,通过对不同形式的MUSIC算法和改进MUSIC算法进行Matlab仿真分析对比,仿真结果证明在低信噪比、小快拍数等条件下改进MUSIC算法具有更加优越的分辨性能。最后,结合工程实际应用中的信号处理硬件测向系统,对改进MUSIC算法的软件设计流程及硬件原理进行了说明。并在实验室的条件下,对经典MUSIC算法和改进MUSIC算法进行了实际测试,通过对两者实测数据的分析对比,进一步证明改进MUSIC算法在分辨性能上的优越性,为工程实际应用提供了依据,满足预期的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 课题研究的背景和研究现状
• 1.4 本文研究重点及章节安排
• 第2章 非相干两点源下相位干涉仪的测向性能
• 2.1 引言
• 2.2 相位干涉仪测向技术原理
• 2.3 非相干两点源对相位干涉仪测向性能的影响
• 2.3.1 非相干两点源诱偏比相体制被动雷达的模型
• 2.3.2 动态性能仿真
• 2.4 本章小结
• 第3章 改进MUSIC算法
• 3.1 引言
• 3.2 信号数据模型
• 3.2.1 一维均匀线阵的数学模型
• 3.2.2 空间任意阵列数学模型
• 3.3 经典MUSIC算法原理
• 3.4 改进MUSIC算法
• 3.4.1 基于延迟采样的方法
• 3.4.2 加权MUSIC算法
• 3.4.3 改进MUSIC算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 算法的性能仿真
• 4.1 引言
• 4.2 改进MUSIC算法性能仿真及分析
• 4.2.1 基于采样延迟方法对测向精度的影响
• 4.2.2 算法的对比仿真
• 4.2.3 改进算法的统计性能分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 改进算法的实现及实测数据分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于改进算法的测向系统实现简介
• 5.3 DSP部分软件设计
• 5.3.1 DSP改进算法程序流程
• 5.3.2 DSP程序设计
• 5.3.3 角度转换
• 5.4 实验测试结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢