天线交叉极化对雷达自适应滤波影响研究

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复杂多变的战场电磁环境给雷达系统的正常工作带来了极大的挑战。为削弱雷达对抗电子干扰的能力,电子干扰机常常采取变极化的工作方式达到干扰雷达正常工作的效果。本文主要针对干扰极化方式变化条件下天线交叉极化响应严重影响雷达自适应滤波技术这一问题,基于变极化干扰条件下,通过详细的公式推导,讨论了天线交叉极化响应引起雷达自适应滤波算法性能下降的本质原因,提出几种天线交叉极化响应影响下自适应滤波设计优化方法。仿真实验结果表明所提出的几种优化方法的有效性,从而提升雷达系统在变极化干扰条件下的干扰抑制能力。本文内容主要包含下面两个部分:1.天线交叉极化响应对自适应滤波的影响分析。在变极化干扰存在时,天线交叉极化响应的存在,相当于引入阵元间幅相误差的不一致性,这种不一致性在干扰极化方式固定时是保持不变的。但是,在变极化干扰条件下,由天线交叉极化响应引起的阵元间幅相误差不一致性是随干扰极化的变化而变化的,此时阵列自适应滤波的性能可能急剧下降。基于此,论文首先介绍了电磁波极化的概念和两种典型极化滤波器的基本原理;接着介绍了空域滤波阵列模型和波束形成技术以及工程中广泛应用的旁瓣相消技术等概念与基本原理;然后通过详细的理论推导分析了天线交叉极化响应对自适应波束形成,旁瓣相消等自适应滤波算法的影响。2.天线交叉极化响应影响下的自适应滤波设计优化方法。首先,引入极化敏感阵列,通过该阵列的双极化独立接收通道可基本消除天线交叉极化的影响,基于此,讨论了基于双极化接收的自适应滤波设计优化方法;接着针对单干扰源条件下,由于可以相对精确地测量出干扰的极化参数,提出基于极化扰动矢量的自适应滤波设计优化方法,该方法可有效抑制变极化干扰;而在多干扰源场景时,提出基于回波数据分段的自适应滤波设计优化方法,该方法利用时间域的分段处理,有效降低变极化干扰对自适应滤波的影响;最后,讨论了当主通道天线为单极化天线时,将辅助通道天线设计为双极化全向天线的方法,该方法能够有效提高天线交叉极化影响下的旁瓣相消的性能。此外,在干扰极化已知的前提下,提出了一种基于干扰极化方式先验信息的旁瓣相消优化方法,该方法可以有效减少运算量、存储量和干扰学习样本数目。在实际应用中,根据具体的干扰环境,综合使用上述方法,可以减少甚至避免天线交叉极化响应对自适应滤波的影响,从而提高存在天线交叉极化响应时雷达的自适应滤波性能。
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