基于小波变换的雷达杂波处理技术的研究

论文摘要

在VTS(Vessel Traffic Services船舶交通管理系统)中,雷达杂波的处理能力直接影响到雷达目标的录取和跟踪性能,从而一直成为科研工作者的研究课题。目前,建立在杂波统计特性基础上的参量法处理往往使位于强杂波环境中的小目标不能被有效地检测,而且难以实现对各种统计分布特性的杂波实现有效的的处理。而非参量的处理方法由于未利用干扰的先验知识,虽然适应性较强,但其针对性较差。因此研究更有效的雷达杂波处理算法及其实现具有深刻的理论意义和应用价值。本文主要将小波变换的去噪理论应用于雷达信号的杂波处理,得出能够处理统计特性非平稳的雷达回波信号的算法和实现模型,并在FPGA中实现。首先利用小波变换的多分辨分析概念将雷达信号分解为表征杂波能量空间分布特性的小波平滑项和表征杂波方差成份的小波系数项。在此基础上,本文提出了小波恒虚警处理方法和小波系数浮动阈值杂波处理方法。其中小波恒虚警处理方法主要抑制了杂波的低频成分,小波系数浮动阈值杂波处理方法主要抑制杂波的高频成分。我们依据聂曼—皮尔逊准则,对浮动阈值的选择方法进行了研究,导出了各尺度小波系数的虚警概率控制系数γ,并用γ与该尺度的小波系数的统计均方根值构成该尺度小波系数的浮动阈值。用这种处理方法,可实现一定虚警概率下小波门限的自适应控制,有效抑制杂波尖峰成份。无论对于哪种分布的杂波,其小波系数的统计分布特性均服从零均值的高斯分布,因此该方法对各类统计分布特性的杂波的处理都具有较好的适应性。最后,探讨了基于小波变换的雷达杂波处理算法在FPGA中实现的具体模型。仿真实验的结果表明,本文提出的方法对海杂波、雨雪杂波和陆地回波的处理都具有很好的有效性和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的必要性
• 1.2 雷达杂波抑制处理的研究现状
• 1.2.1 传统的雷达杂波处理方法
• 1.2.2 现代信号处理技术在雷达杂波处理中的应用
• 1.2.3 雷达杂波处理的实现方法和发展
• 1.3 本课题的研究内容及成果
• 1.4 本文的论文结构
• 第2章 雷达杂波的特性分析
• 2.1 雷达杂波的类型和频谱特性
• 2.1.1 VTS雷达杂波的类型
• 2.1.2 杂波的频谱特性分析
• 2.2 雷达杂波的数学模型
• 2.2.1 海杂波的数学模型
• 2.2.2 雨雪杂波的数学模型
• 2.2.3 噪声的数学模型
• 2.2.4 同频雷达干扰的数学模型
• 2.3 雷达杂波的恒虚警处理
• 2.3.1 慢门限恒虚警处理
• 2.3.2 快门限恒虚警处理
• 第3章 雷达杂波的小波抑制算法的理论研究
• 3.1 小波变换用于雷达杂波处理的可行性分析
• 3.1.1 小波变换的发展与应用
• 3.1.2 小波变换的多分辨分析与Mallat算法
• 3.1.3 小波分析用于雷达杂波抑制的可行性分析
• 3.2 小波恒虚警处理器的原理与模型研究
• 3.3 小波浮动阈值处理器的原理与模型研究
• 3.3.1 雷达杂波的小波浮动阈值处理准则
• 3.3.2 浮动阈值的确定
• 3.3.3 小波浮动阈值处理器的模型
• 第4章 雷达杂波抑制算法的仿真及小波算法的选择
• 4.1 雷达杂波的模拟
• 4.2 雷达杂波抑制算法的仿真
• 4.2.1 基于小波平滑项的小波恒虚警处理的仿真及性能分析
• 4.2.2 基于小波系数项的浮动阈值处理的仿真及性能分析
• 4.3 雷达杂波抑制处理的小波算法的选择
• 第5章 雷达杂波抑制处理算法在FPGA中实现的研究
• 5.1 FPGA的基本原理和实验平台的简介
• 5.2 雷达杂波处理器的总体设计
• 5.3 雷达杂波处理器各模块的设计
• 5.3.1 小波分解模块的设计
• 5.3.2 浮动阈值计算模块的设计
• 5.3.3 小波系数处理模块的设计
• 5.3.4 小波重构模块的设计
• 第6章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历