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箔条干扰的特性与雷达抗箔条技术研究

作　者: 李金梁
导　师: 王雪松
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 箔条干扰运动扩散特性自由分子流弹道系数雷达回波特性线性调频极化雷达截面积功率谱地基防御雷达反舰导弹雷达导引头极化对比增强稀疏度距离—多普勒分析距离走动补偿信杂比
分类号: TN972.4
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 217次
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内容摘要

箔条是历史最为悠久的无源干扰物之一,在防空、反舰和反导等领域中均有着广泛应用。箔条干扰技术和战术的发展对雷达的作战性能提出了很大挑战,雷达要适应复杂战场电磁环境,迫切需要了解箔条干扰和待探测目标的特性,提出相应的抗箔条干扰的新机理、新方法和新技术。在此背景下,论文对箔条干扰的运动扩散特性和雷达回波特性进行了深入分析,并以地基防御雷达和反舰导弹雷达导引头为例,深入研究了雷达抗箔条干扰的新方法。本文的研究工作分为两个层次:第一层次为箔条云的特性研究,主要包括运动扩散特性和雷达回波特性两方面。在箔条云运动扩散特性方面,对稠密大气和稀薄大气中单根箔条的受力及运动形式、箔条云的扩散模型进行了研究,重点对稀薄气体中单根箔条的动力学特性进行了分析,提出了基于DSMC(直接仿真Monte-Carlo)的箔条云飞行扩散仿真模拟方法,给出了一系列的箔条云飞行扩散的仿真结果,导出了稀薄气体中箔条云质心的运动方程和箔条位置分布的表达式;在箔条云雷达回波特性方面,建立了在简单脉冲、窄带LFM信号、宽带LFM信号三种不同波形激励下箔条云的雷达回波模型,然后对箔条云雷达回波的一阶统计特性和二阶统计特性进行了研究。一阶统计特性方面,给出了不同空间取向箔条云的平均RCS,首次得到了箔条云的极化特性近似与长度无关的结论,给出了箔条云极化协方差矩阵的表达式。二阶统计特性方面,首次导出了螺旋下降箔条云全极化相关矩阵和功率谱矩阵的表达式。本部分研究为后续的抗箔条方法研究提供了理论支撑。第二个层次为雷达抗箔条技术方面。以地基导弹防御雷达和反舰导弹雷达导引头为例,分别研究了其抗箔条的新方法。对地基防御雷达,首先就中段整个飞行过程中箔条干扰回波的演化规律进行了分析,针对现有信号处理算法的不足,提出了适用于箔条云群目标的信号处理算法:根据结构特征将检测到的雷达目标分为杂波区和孤立强散射点,进行不同的后续处理,对杂波区,提出了杂波区的测量跟踪算法;就极化信息的利用,提出了一种基于线极化基变换最小极化比的目标识别方法,可以提高对箔条和旋转对称目标的识别性能。针对箔条云和雷达目标的距离—速度分布差异,提出了一种基于相参LFM脉冲串进行距离—多普勒分析的抗箔条干扰方法:提出了运动补偿的算法,克服了中段目标高速运动带来的距离走动;分析了两种不同抛撒方式形成的箔条云的距离—多普勒特性,对距离—多普勒域箔条和弹头可分辨和不可分辨情况下的抗箔条效果进行了仿真,仿真结果证明本方法能够提高雷达回波的信杂比,增强雷达的分辨能力。对反舰导弹雷达导引头,介绍了舰船防护中箔条干扰的作战使用方式,分析了箔条对反舰导弹的干扰效果。研究了箔条干扰和舰船目标的极化特性差异,首次推导出箔条云极化角的统计特性。在此基础上针对箔条干扰和舰船目标能够分辨开和不能分辨开的两种情况,分别提出了基于极化识别和基于极化对比增强的抗箔条干扰方法,利用仿真和外场试验数据对抗箔条干扰效果进行了验证,证明了两种方法的有效性。

全文目录

摘要  12-14
Abstract  14-16
第一章绪论  16-31
  1.1 课题研究背景和意义  16-17
  1.2 国内外研究现状  17-28
    1.2.1 箔条干扰的作战使用现状  17-21
    1.2.2 箔条云特性研究现状  21-23
    1.2.3 抗箔条干扰技术研究现状  23-28
  1.3 论文主要工作和结构安排  28-31
第二章箔条云的运动扩散特性  31-67
  2.1 引言  31-32
  2.2 稠密大气中箔条云的运动扩散模型  32-38
    2.2.1 基于低雷诺数流理论的箔条受力分析  32-34
    2.2.2 稠密大气中箔条云扩散模型  34-36
    2.2.3 稠密大气中箔条云扩散仿真  36-38
  2.3 稀薄大气中单根箔条的运动方程  38-50
    2.3.1 自由分子流体力学  38-43
    2.3.2 基于自由分子流的弹道中段箔条动力学特性分析  43-50
  2.4 弹道中段箔条云的运动扩散特性  50-66
    2.4.1 基于自由分子流的箔条云运动扩散仿真  50-60
    2.4.2 稀薄大气中箔条云的运动扩散特性  60-66
  2.5 小结  66-67
第三章箔条云的雷达回波模型和回波统计特性  67-107
  3.1 引言  67-68
  3.2 箔条云的雷达回波模型  68-81
    3.2.1 单根箔条电磁散射的极化特性  68-72
    3.2.2 箔条云的雷达回波模型：简单脉冲波形  72-74
    3.2.3 箔条云的雷达回波模型：窄带LFM 波形  74-79
    3.2.4 箔条云的雷达回波模型：宽带LFM 波形  79-81
  3.3 箔条云的一阶统计特性  81-93
    3.3.1 箔条云的统计模型  81-83
    3.3.2 箔条云回波的概率分布  83-85
    3.3.3 箔条云的平均RCS  85-91
    3.3.4 箔条云的极化特性  91-93
  3.4 箔条云的二阶统计特性  93-106
    3.4.1 箔条的转动模型  93-98
    3.4.2 箔条云的全极化功率谱  98-100
    3.4.3 均匀取向箔条云回波的功率谱  100-106
  3.5 小结  106-107
第四章导弹防御雷达抗箔条技术研究  107-147
  4.1 引言  107-108
  4.2 中段整个飞行过程中箔条突防措施的雷达回波特性  108-123
    4.2.1 典型地基防御雷达的信号波形  108-110
    4.2.2 箔条突防措施雷达回波仿真  110-120
    4.2.3 弹道中段雷达目标和箔条干扰的特性差异  120-123
  4.3 箔条云目标群的信号处理算法  123-132
    4.3.1 箔条干扰背景下现有雷达信号处理方法的不足  123-126
    4.3.2 箔条云目标群的信号处理算法  126-129
    4.3.3 基于极化信息的抗箔条干扰算法  129-132
  4.4 基于相参LFM 脉冲串距离—多普勒分析的抗箔条方法  132-146
    4.4.1 高速目标距离走动的运动补偿算法  132-136
    4.4.2 基于距离－多普勒分析的箔条云中目标检测  136-146
  4.5 小结  146-147
第五章反舰导弹雷达导引头抗箔条技术研究  147-166
  5.1 引言  147-148
  5.2 箔条干扰在舰船防护中的应用  148-152
    5.2.1 箔条云的作战使用方式  148-151
    5.2.2 反舰导弹抗箔条干扰的现状  151-152
  5.3 基于极化识别的抗箔条干扰方法  152-158
    5.3.1 舰船和箔条的极化特性分析  152-156
    5.3.2 基于极化识别的抗箔条干扰方法  156-158
  5.4 基于极化对比增强的抗箔条干扰方法  158-165
    5.4.1 箔条干扰对雷达目标角度测量的影响分析  158-161
    5.4.2 极化对比增强抗干扰算法  161-163
    5.4.3 极化对比增强抗干扰效果分析  163-165
  5.5 小结  165-166
第六章结论与展望  166-169
  6.1 本文主要工作和创新点  166-168
  6.2 后续工作展望  168-169
致谢  169-171
参考文献  171-180
作者在学期间取得的学术成果  180-182
附录A 大气参数随高度的变化  182-183
附录B 全局坐标系下单根箔条的电磁散射  183-184
附录C LFM 信号的模糊函数  184-185

箔条干扰的特性与雷达抗箔条技术研究

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