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雷达信号时空多参量估计技术研究

作　者: 文忠
导　师: 张锡祥；李立萍
学　校: 电子科技大学
专　业: 信息获取与探测技术
关键词: 雷达信号时频分析阵列信号处理多参量估计
分类号: TN957.51
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着雷达技术的广泛应用和发展，现代雷达的信号形式、传播环境已发生了很大的改变。现代雷达在时域、频域、空域的分布很广，非平稳、相干干扰、短时间序列也是常常面临的问题。研究能够适用于现代雷达信号环境且性能优良的多参量估计方法是信息探测领域的前沿课题之一。本文深入研究了处于现代电磁环境中的雷达信号时空多维参量估计算法。归纳起来，主要包括以下几个方面：1．研究了时频分析工具在非平稳雷达信号分析中的应用。提出了一种适合线性调频信号(LFM)的交叉项抑制时频分布。该分布是对Wigner-Ville分布的改进，通过分段补偿平滑的方式来抑制Wigner-Ville分布中产生的交叉项。2．研究了线性调频雷达信号的时频检测方法与基于解线调原理的特征参数估计方法。并针对超低信噪比的情况，提出一种非线性的弱LFM雷达信号的检测与参数估计方法。该方法利用Duffing振子构建广义滤波器组，并以其最大Lyapunov指数的符号作为系统状态的判断标准。根据信号特征，将LFM信号的检测问题转化为一个周期检测的问题，使其满足Duffing振子的检测条件。为提高信噪比，本文还提出分段相关平滑的方法，使检测和估计性能得到提高。3．分析了窄带阵列信号模型，研究了将时频分析与传统子空间测向方法结合的时频子空间测向算法。针对相干干扰问题，利用脉冲雷达的特点，提出一种新的估计相干信号源到达角(DOA)估计方法。本算法只需要K+1个阵元即可实现K个相干信号的DOA估计。而且，该算法对阵列形式约束较小。研究了短时间序列的波达方向估计问题，提出改进的伪协方差矩阵以及相应的DOA估计算法。4．分析了宽带阵列信号模型，并结合具体的非平稳雷达信号，推导了宽带线性调频信号的简化模型、完整模型以及宽带对称三角线性调频(STLFM)信号的阵列输出模型。提出了基于虚拟WVD的宽带LFM信号的到达角估计方法、基于模糊变换的宽带LFM信号的到达角估计方法以及基于数据分段虚拟阵元的宽带STLFM信号的到达角估计方法。仿真表明，提出算法比传统的TF-CSM方法精度更高，计算量更小。5．研究了极化敏感阵列多参量估计问题。分别提出演变周期谱与正交偶极子阵列结合算法，以及分数阶傅里叶变换与矢量阵元阵列结合算法，高精度地实现了LFM信号DOA与极化参数的联合估计。提出空间—极化分维方法，利用矢量天线阵元实现了相干信号的DOA与极化联合估计。研究了正交偶极子阵列的信息构成，提出基于该阵列的宽频段信号DOA与极化联合估计算法。为避免极子之间存在的互耦效应，提出一种由分离偶极子构成的阵列形式，实现了信号DOA与极化联合估计。6．研究了DOA与时延联合估计问题。针对雷达多目标回波信号，提出了一种新的高分辨、高精度的到达角和时延联合估计算法。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
本文通用符号  9-10
目录  10-13
第一章绪论  13-21
  1.1 研究背景和意义  13
  1.2 现代雷达信号多参量估计的研究现状  13-18
    1.2.1 线性调频信号参数估计发展现状  13-14
    1.2.2 时频与非平稳方法处理发展现状  14-15
    1.2.3 阵列信号参数估计技术的发展  15-17
    1.2.4 阵列多维参量估计技术研究现状  17-18
  1.3 本文的主要工作和章节安排  18-21
    1.3.1 本论文研究的主要工作  18-19
    1.3.2 本文章节安排  19-21
第二章时频工具与雷达信号分析  21-34
  2.1 WVD与Cohen类时频双线性分布  21-25
  2.2 分数阶傅里叶变换  25-26
  2.3 演变谱分析  26-28
  2.4 一种适合LFM信号的交叉项抑制时频分布  28-32
    2.4.1 LFM信号交叉项分析  29-30
    2.4.2 累加平均交叉项抑制分布  30
    2.4.3 仿真实验  30-32
  2.5 本章小结  32-34
第三章线性调频信号检测与特征参数估计  34-53
  3.1 基于RANDON模糊变换的LFM信号检测  34-39
    3.1.1 模糊函数  34-37
    3.1.2 Radon变换  37
    3.1.3 Radon-Ambiguity变换  37-39
  3.2 基于解线调的LFM信号特征参数估计  39-40
    3.2.1 解线调原理  39
    3.2.2 信号分段相关解线调  39-40
  3.3 基于DUFFING振子的LFM信号检测与参数估计  40-52
    3.3.1 混沌检测基本原理  41-46
    3.3.2 Duffing系统的Lyapunov指数  46-48
    3.3.3 Duffing振子滤波器组  48-49
    3.3.4 弱LFM信号的检测与估计算法  49-50
    3.3.5仿真实验  50-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章基于窄带模型的雷达信号阵列测向技术  53-80
  4.1 空间信号传播和阵列系统组成  53-54
  4.2 窄带阵列模型  54-55
  4.3 基于时频分析的雷达信号测向  55-63
    4.3.1 阵列协方差  56-57
    4.3.2 基于WVD的空间时频分布矩阵  57-58
    4.3.3 时频-子空间方法  58-61
    4.3.4 仿真实验  61-63
  4.4 相干信号的处理技术  63-70
    4.4.1 相干信号数学模型  63-64
    4.4.2 空间平滑方法  64-66
    4.4.3 特征向量方法  66
    4.4.4 脉冲平滑算法  66-69
    4.4.5 仿真实验  69-70
  4.5 短序列信号测向算法  70-79
    4.5.1 基于伪协方差矩阵的到达角估计方法  70-73
    4.5.2 基于改进的伪协方差矩阵的DOA估计算法  73-76
    4.5.3 仿真与性能分析  76-79
  4.6 本章小结  79-80
第五章基于宽带模型的雷达信号阵列测向技术  80-103
  5.1 引言  80-81
  5.2 宽带信号阵列模型  81-83
  5.3 时频—相干信号子空间算法(TF-CSM)  83-85
  5.4 宽带LFM信号测向算法1  85-92
    5.4.1 基于虚拟空域WVD算法(ULA)  85-88
    5.4.2 基于虚拟空域WVD算法(NLA)  88-90
    5.4.3 性能分析  90-92
  5.5 宽带LFM信号测向算法2  92-96
    5.5.1 基于模糊变换的宽带LFM信号DOA估计算法  92-95
    5.5.2 仿真实验  95-96
  5.6 宽带对称三角LFM信号测向技术  96-101
    5.6.1 STLFM信号模型  97
    5.6.2 基于PWVD的宽带STLFM信号DOA估计算法  97-100
    5.6.3 仿真实验  100-101
  5.7 本章小结  101-103
第六章阵列多参量联合估计技术  103-153
  6.1 极化、到达角联合估计技术  103-141
    6.1.1 极化敏感天线与阵列输出模型  104-106
    6.1.2 基于时频分析方法的极化、到达角联合估计  106-123
    6.1.3 矢量天线在相干信号中的应用  123-128
    6.1.4 正交偶极子阵列在宽频段信号中的应用  128-135
    6.1.5 分离偶极子天线阵列与参数估计算法  135-141
  6.2 到达角、时延联合估计技术  141-147
    6.2.1 多信号的DOA与TOA模型  142
    6.2.2 DOA与TOA联合估计算法  142-145
    6.2.3 仿真实验  145-147
  6.3 本章小结  147-148
  附录6.1 雷达回波信号TOA估计算法  148-153
第七章全文总结  153-156
致谢  156-157
参考文献  157-169
作者在攻读博士学位期间取得的研究成果  169

雷达信号时空多参量估计技术研究

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