连续波雷达动目标检测方法及试验研究

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连续波雷达采用收发分置的工作方式,发射通道一直在发射电磁波,因此,接收通道接收到的信号不仅包括运动目标的回波信号和背景杂波信号,还包括发射通道耦合过来的直达波信号,通常直达波信号和背景杂波信号要远远高于运动目标的回波信号,从而降低了连续波雷达的检测性能。因此,如何有效地抑制接收通道中的直达波和杂波信号,实现对运动目标的有效检测,是本论文研究的主要内容。论文针对工作于自发自收的主动体制的FMCW雷达,以及利用数字电视直播卫星信号和数字电视地面广播信号的外辐射源雷达展开研究,探讨了不同体制下,连续波雷达在直达波和杂波干扰信号抑制、以及运动目标检测上的特点。  对于主动体制的雷达,脉冲雷达是工作于“停-走-停”的模式,在这种模式下,回波信号的瞬时斜距可以看作与距离向时间无关;而对于FMCW雷达,由于信号的扫频周期较长,其发射信号的距离向时间远大于脉冲雷达的对应值,因此不能简单的忽略距离向时间对瞬时斜距的影响,需要考虑距离向时间对FMCW雷达检测性能的影响。文中从多通道FMCW雷达回波信号模型出发,结合STAP的基本原理,建立了基于FMCW体制的STAP算法模型。  对于外辐射源雷达,其本身不发射电磁波,而是利用第三方的发射信号,被动的接收目标的回波信号。常规的地基雷达是利用位于地面的外辐射源信号,由于受到发射站覆盖范围的影响,从而严重限制了其在舰载、艇载等远离地面辐射源的接收平台上的应用,并且由于受到发射仰角的影响,地面辐射源对高空目标的检测是存在盲区的,因此,需要寻求适合于舰载等平台的外辐射源信号。针对以上情况,文中开展了对基于数字电视直播卫星信号的星基外辐射源雷达的研究,从星基外辐射源雷达的双基几何特点和信号特性出发,分析了信号的模糊函数、分辨特性、探测性能,并对其宽带信号特性和长基线特性进行了研究,为该类型外辐射源雷达的系统化、实用化提供了理论基础。  不论是星基还是地基外辐射源雷达,其信号处理流程基本上是相同的,但是由于发射信号类型的不同、系统配置的差异、双基地几何位置的特性、以及场地环境的区别,决定了其后续的信号处理环节是存在差别的,因此,需要将算法研究和实际情况紧密联系在一起,探讨不同情况下信号处理算法的性能。文中根据发射信号的模型,场地环境的特性和实时信号处理的要求,对外辐射源雷达的信号处理算法进行了验证,实现了对杂波信号的抑制,以及对运动目标的检测和跟踪。  本文的创新点主要包括:建立了多通道FMCWSTAP算法模型,分析了距离向时间变化对信号空时二维导向矢量的影响,提出了一种运动目标参数估计和探测的方法;分析了基于星载DVB-S信号和地基DTTB信号的外辐射源雷达的特性,提出了一种利用参考信号重构技术的直达波信号提纯算法,有效地去除了参考通道的多径干扰;研究了并行实时处理问题,分析了外辐射源雷达应用的可行性;针对地基DTTB信号进行了外场试验,解决了多通道校准和实时处理等关键技术问题,实现了对运动目标的检测和跟踪,实际数据的处理结果验证了论文方法的有效性。  综上所述,本论文主要是围绕主动体制与被动体制的连续波雷达动目标检测方法的特点和试验展开研究,主要研究内容包括:基于FMCW体制的STAP算法的研究、基于数字电视直播卫星信号的外辐射源雷达特性研究、基于外辐射源雷达的动目标检测算法的研究、以及对外辐射源雷达动目标检测算法的试验研究。论文中分别针对以上几个方面进行了分析和探讨,提出了一些新的模型和方法,为连续波体制雷达的进一步研究提供了理论和试验基础。
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