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随着高速数据采集、传输和高速数字信号处理技术的发展,相控阵雷达的全数字化信号产生和处理成为了当代相控阵雷达技术发展的一个重要趋势。数字阵列雷达采用数字化发射和数字化接收技术在相控阵列天线中完成数字信号与模拟信号之间的转换,实现了数字技术和相控阵天线技术的完美结合,使其具有高度灵活的系统重构能力、高效的系统资源利用率和多任务、多功能适应能力等独特优点,同时也对其信号产生与信号处理系统的设计和工程实现提出了严峻的挑战。
本论文课题针对某宽带数字阵列雷达信号处理功能要求和技术特点,分析研究宽带数字阵列雷达信号处理系统的组成、工作原理和信号处理流程,重点研究基于零中频的多通道宽带数字信号产生和数字化接收处理系统的设计方法、处理算法和工程实现的关键技术,通过对各种处理算法的仿真分析,给出宽带数字阵列雷达信号处理系统设计实现方案。
本论文课题完成的主要研究工作包括:
1)宽带数字阵列雷达宽带调制信号直接数字产生(DDS)技术研究。主要讨论了宽带数字阵列雷达宽带调制信号产生的基本方法,分析了宽带线性调频(LFM)信号的时域和频域特性分析,介绍了多通道宽带零中频线性调频(LFM)信号产生技术和发射多波束形成信号产生方法。
2)宽带数字阵列雷达数字波束合成(DBF)技术研究。系统地分析了宽带信号时域/频域波束合成技术的难点;研究了对宽带信号的空间传播产生的延时以及经过射频和基带处理产生的附加时延进行整数和分数延时补偿,在时域实现宽带波束合成的算法;论证了时域延时补偿和频域相移补偿的等效性;提出了克服天线孔径渡越时间影响的色散相移分段补偿方法,在频域上将各阵元的宽带信号分解成若干不同频率分量信号,使这些信号分量按频率对齐后,分别进行不同的相移补偿,从而在频域上实现了宽带信号波束合成处理,并使宽带相控阵雷达在整个信号带宽内形成的天线波束最大增益指向保持不变;给出了基于宽带零中频信号的DBF处理算法。
3)宽带数字阵列雷达数字信号处理和目标检测技术研究。详细分析了宽带数字阵列雷达零中频数字信号处理与直流干扰抑制方法;研究了大时宽带宽积信号的频域脉冲压缩处理技术和动目标显示/检测(MTI/MTD)技术;讨论了各种恒虚警检测技术在宽带数字阵列雷达目标信号检测中应用的有效性,指出了提高宽带数字阵列雷达目标检测性能和点迹凝聚效果的可行技术途径。
4)宽带数字阵列雷达数字信号处理系统设计和仿真分析研究。通过对宽带数字阵列雷达信号处理流程的系统建模和仿真分析,验证了各种宽带信号处理算法的主要技术性能和处理能力,给出宽带数字阵列雷达信数字号处理系统的设计实现方案。