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基于FRFT的LPI雷达信号参数估计方法研究

作　者: 唐江
导　师: 赵拥军
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 军事情报学
关键词: LPI雷达 模糊函数 分数阶傅里叶变换 对称三角线性调频信号 伪码-线性调频信号 参数估计
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


低截获概率(Low Probability of Intercept，LPI)技术是当前雷达广泛采用的一门技术，LPI雷达采用低功率发射、大时宽带宽积信号和复杂的信号调制方式等手段使得侦察接收机很难识别信号参数，因此传统的大多数参数估计方法对LPI雷达信号处理效果较差甚至失效。本文在分析LPI雷达低截获性能与目标特性和雷达自身特性关系的基础上，从时频域及模糊域分析了四种LPI雷达信号的速度和距离分辨力及低截获特性。针对LPI雷达信号分析问题，引入一种时频分析工具——分数阶傅里叶变换(FractionalFourier Transform，FRFT)，深入研究了基于FRFT的LPI雷达信号参数估计算法，并对实际应用中计算复杂度偏大问题作了改进。论文的主要工作如下：1.引入截获因子定义LPI雷达，并就截获因子与雷达自身特性关系进行了详细分析，据此提出几种LPI雷达实现手段。雷达信号波形设计是提高雷达LPI特性重要手段之一，本文重点研究了两种常规LPI雷达信号和两种复合调制LPI雷达信号，即线性调频信号、多相编码信号和对称三角线性调频信号、伪码-线性调频信号。仿真实验验证了两种复合调制信号的低截获性能。2.研究了一种时频分析工具，即分数阶傅里叶变换(FRFT)，针对其不同应用介绍了三种常用的定义，给出了一种数字信号处理中普遍采用的离散型分数阶傅里叶变换计算方法，该方法简单直观，运算量与FFT(Fast Fourier Transform)相当。随后研究了LFM(LinearFrequency Modulation)信号的FRFT检测与参数估计原理，并理论分析了其检测性能。为了避免FRFT复杂的二维搜索，提出了一种改进的基于WVD(Wigner-Ville Distribution)切片与FRFT的LFM信号参数估计新算法。仿真实验验证了该算法的有效性及高效性。3.针对FRFT估计STLFM信号参数时二维搜索运算复杂度高，且不同信号检测与估计算法对信噪比具有不同的适应性，分别就高信噪比和低信噪比两种条件下提出两种不同的参数估计算法。低信噪比下，运用RAT(Radon Ambiguity Transform)变换估计调频斜率，RAT仅在角度范围内一维搜索，并可以借助快速算法减小运算量；高信噪比下，提出一种基于AF(AmbiguityFunction)切片的STLFM信号参数估计算法，该算法仅需计算一个模糊函数切片即可估计信号调频斜率。在不同信噪比条件下通过上述方法获得信号调频斜率估计后，可确定FRFT的最优变换阶数，最后通过两次FRFT实现STLFM信号初始频率、调频周期和调频带宽等参数的估计。仿真实验验证了该算法的有效性。4.推导了伪码-线性调频信号的FRFT表达式，分析了无限长和时限LFM信号FRFT变换的对称性和单调性，得到PRBC-LFM信号一个码元内信号的FRFT模函数关于峰值点位置左右对称且是FRFT阶数的单调函数。利用这一特性提出一种先粗后精搜索方案，大大提高了搜索效率。然后利用PRBC-LFM信号FRFT峰值点的位置与距离信息实现调频信号参数估计，根据估计参数重构线性调频信号，与原信号每个码元内信号共轭相乘去载波得到基带二相编码信号，最后通过基带信号幅度符号识别编码规律。仿真实验表明本文方法可以在较低信噪比下实现PRBC-LFM信号的参数估计。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
图录  10-12
表录  12-13
第一章 绪论  13-21
  1.1 课题背景与意义  13-14
  1.2 国内外研究历史与现状  14-18
    1.2.1 LPI 雷达发展现状  14-15
    1.2.2 LPI 雷达信号截获技术研究现状  15-18
  1.3 论文主要内容与章节安排  18-21
第二章 LPI 雷达基本原理与波形设计  21-39
  2.1 引言  21
  2.2 LPI 雷达概述  21-24
  2.3 LPI 雷达信号波形  24-36
    2.3.1 雷达信号模糊函数  24-25
    2.3.2 典型 LPI 雷达信号  25-29
    2.3.3 对称三角线性调频信号  29-33
    2.3.4 伪码-线性调频信号  33-36
  2.4 本章小结  36-39
第三章 LFM 信号的 FRFT 估计  39-55
  3.1 引言  39-40
  3.2 FRFT 定义  40-42
  3.3 DFRFT 计算  42-44
  3.4 FRFT 应用  44-53
    3.4.1 基于 FRFT 的 LFM 信号检测与参数估计  44-46
    3.4.2 FRFT 检测 LFM 信号性能  46-48
    3.4.3 基于 WVD 切片与 FRFT 的 LFM 信号参数估计  48-52
    3.4.4 复合调制信号 FRFT  52-53
  3.5 本章小结  53-55
第四章 STLFM 信号参数估计  55-67
  4.1 引言  55-56
  4.2 STLFM 信号调频斜率估计  56-61
    4.2.1 低信噪比基于 RAT 调频斜率估计  56-59
    4.2.2 高信噪比基于 AF 切片的调频斜率估计  59-61
  4.3 FRFT 估计 STLFM 信号参数  61-63
  4.4 性能分析与仿真实验  63-66
    4.4.1 计算量分析  63
    4.4.2 仿真实验  63-66
  4.5 本章小结  66-67
第五章 伪码-线性调频信号参数估计  67-77
  5.1 引言  67
  5.2 时限 LFM 信号 FRFT 模函数对称性  67-70
  5.3 PRBC-LFM 信号参数估计  70-72
    5.3.1 复合调制信号分数阶傅里叶变换  70-71
    5.3.2 LFM-Barker 信号参数估计原理  71-72
  5.4 仿真实验  72-75
  5.5 本章小结  75-77
结束语  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-86
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  86

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 雷达信号检测处理
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