数字化技术在毫米波高分辨雷达中的应用研究

论文摘要

频率步进雷达是一种频域合成一维距离高分辨雷达，它具有瞬时带宽窄，合成带宽宽，对数据采集和信号处理要求低的特点。雷达的数字化是现代雷达的发展趋势，本论文旨在探索性地研究数字化技术在毫米波高分辨雷达中的应用。论文对数字化技术在雷达中的应用(雷达数字化技术)发展以及雷达数字化技术研究方法进行了全面综述，指出了雷达数字化包括用数字部件代替大部分模拟部件，雷达信号波形的数字化产生、雷达波束的数字化形成、雷达信号的数字化处理等。本论文讨论了使用DDS产生步进频率脉冲和线性调频脉冲复合波形的方法，以及线性调频脉冲频率步进雷达信号的处理方法；应用线性时不变系统理论推导了LFM频率步进雷达信号一维距离像数学表达式；在设计毫米波高分辨雷达导引头时，采用大时宽带宽积脉冲(4μs×31.25MHz)和较窄矩形子脉冲(125ns)频率步进脉冲两种波形，很好地解决了脉冲体制下远程探测与减小近程盲区的矛盾，提出了应用脉内和脉间两种调制波形的方案，兼顾对目标进行远距离和近距离高分辨探测，扩大了毫米波高分辨雷达的作用范围。采用数字直接下变频(DDC)技术，在带通采样过程中，同时完成下变频，降低了工程实现的难度。计算并优化了毫米波雷达中频信号带通采样的最佳采样频率，应用现有的集成电路技术实现对中频信号的直接采样、用一个A／D转换器在数字域完成复数正交变换，在数字域完成下变频、获得同相信号和正交相信号、完成对子脉冲的脉内压缩、完成对脉内压缩信号的第二次脉间压缩，从而获得高分辨一维距离像。提出了二步伸缩处理方法，在测距的同时，做到测速，有利于一维成像的速度补偿。论文在理论研究的基础上，进一步研究了DDS的控制方法，用单片机对DDS芯片进行控制，产生线性调频基带脉冲(Chirp)，结合步进频率脉冲的方法，实现两种波形之间的自适应切换，给出了实验结果。提出了Costas调频编码脉冲的DDS实现方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 毫米波技术的军事应用
• 1.1.2 毫米波高分辨雷达数字化技术的研究现状和技术发展水平
• 1.1.3 毫米波高分辨雷达数字化技术研究的技术途径
• 1.2 本章小结
• 1.3 论文主要工作和创新点
• 第2章 高分辨雷达及其波形特征
• 2.1 雷达几种分辨力的定义
• 2.2 提高雷达距离分辨力的意义
• 2.3 线性调频（LFM）脉冲信号—Chirp
• 2.4 步进频率波形
• 2.5 本章小结
• 第3章 步进频率高分辨雷达信号的分析与处理方法
• 3.1 步进频率高分辨雷达信号的频域分析
• 3.2 步进频率雷达回波信号混频输出的一般表达式
• 3.3 速度对合成频谱的影响
• 3.4 步进频率波形及混频输出
• 3.5 脉冲步进频率波形的合成距离像
• 3.6 脉冲步进频率波形的信号处理方法
• 3.7 脉冲步进频率毫米波雷达系统构成
• 3.8 脉冲步进频率雷达信号处理时间的考虑
• 3.9 数字距离跟踪的实现及成像方法
• 3.10 本章小结
• 第4章 脉内脉间频率调制雷达信号分析及处理方法
• 4.1 引言
• 4.2 Chirp子脉冲步进频率雷达回波混频输出信号
• 4.3 Chirp子脉冲步进频率雷达信号处理
• 4.3.1 Chirp子脉冲的脉内压缩
• 4.3.2 Chirp子脉冲脉内压缩对信噪比的提高
• 4.3.3 Chirp子脉冲数字压缩
• 4.4 Chirp子脉冲的伸缩处理方法
• 4.5 模拟伸缩处理所遇到的问题及其改进
• 4.6 毫米波高分辨雷达两步伸缩处理方法
• 4.6.1 两步伸缩处理方法的显式分析
• 4.6.2 两步伸缩处理实现方案
• 4.6.3 两步伸缩处理的仿真结果
• 4.7 步进频率Chirp脉冲信号的脉间压缩
• 4.7.1 Chirp子脉冲步进频率脉冲信号的脉间压缩分析
• 4.7.2 Chirp子脉冲步进频率脉冲串的脉间压缩仿真
• 4.8 本章小结
• 第5章 脉内脉间频率调制脉压系统数字化构成
• 5.1 用声表波器件构成的脉内脉间频率调制脉压系统
• 5.2 脉内脉间频率调制脉压系统数字化方案
• 5.3 数字复数下变频正交采样方法
• 5.4 本章小结
• 第6章 导引头步进频率脉冲雷达波形设计
• 6.1 引言
• 6.2 脉冲周期的确定
• 6.2.1 单片机SST89C58与AD9854评估板的硬件接口
• 6.2.2 与线性调频脉冲相关的控制字计算
• 6.2.3 DDS产生线性调频子脉冲的实验结果
• 6.3 脉间Costas FH高分辨毫米波雷达信号的DDS实现
• 6.3.1 跳频脉冲雷达信号
• 6.3.2 直接数字频率合成（DDS）技术
• 6.3.3 脉间Costas FH高分辨毫米波雷达信号的DDS实现方案
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论及展望
• 致谢
• 攻读博士学位期间通过鉴定的成果
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 参考文献