论文摘要
现代高科技战争和越来越复杂的电磁环境对雷达提出了越来越严峻的挑战,研究表明:随机噪声信号雷达具有优良的电磁兼容性和目标检测性能。开展随机噪声高分辨成像雷达新体制的研究,特别是随机噪声信号雷达高分辨成像的关键技术研究,为实现随机噪声信号高分辨成像雷达打下基础。本文所做的工作归纳起来,主要包括以下几个方面:1)探讨了随机噪声超宽带成像雷达的理论基础,研究了有关的成像算法,给出了随机噪声成像雷达在这些算法下的仿真结果。结果表明,波前重构和快速后向投影两种成像算法适合随机噪声超宽带成像雷达的应用要求。2)随机噪声超宽带雷达信号有矩形和高斯形功率谱两种形式。矩形功率谱随机噪声信号距离旁瓣呈现sinc函数形状包络,旁瓣电平基本不受所用数据长度的影响,且旁瓣较高,采用切趾滤波旁瓣技术可以有效抑制旁瓣,可以基本上不降低原SAR图像的分辨率。高斯形功率谱随机噪声信号的距离旁瓣是无规则形状,随着相关数据的长度增长而显著下降,因而在设备许可的情况下,可以利用增加相关数据长度的方法抑制旁瓣。3)本文提出了随机噪声信号数字产生的硬件平台设计方案,成功实现了利用FPGA、大容量存储器等器件进行随机噪声宽带信号的数字产生。通过分析硬件平台产生的两种随机噪声信号（改进型Logistic-Map的混沌随机噪声信号和基于Ziggurat算法的高斯分布随机噪声信号）的统计特性,证实了产生的这两种随机噪声信号可以符合应用要求。4)首次论证并仿真实现了随机噪声环形SAR。环形SAR可以提供被照射区域的全视角（360度）图像,可以获得更多更精确的信息。在探讨了随机噪声环形SAR模型的基础上,给出了其成像算法的公式推导,以及具体的实现步骤。5)首次探讨并得到了随机噪声信号成像雷达的相干斑特性。建立了被观测区域的散射体模型,从原始散射体回波信号仿真出发,探讨了雷达电磁波形成相干斑的物理机理,以数学模型描述了相干斑的形成。仿真结果表明:随机噪声超宽带SAR和线性调频超宽带SAR都存在相干斑现象,而线性调频超宽带SAR的相干斑要比随机噪声超宽带SAR的相干斑严重,对具有相同散射强度的点目标成像,线性调频超宽带SAR的点目标位置距离向幅度变化范围要比随机噪声超宽带SAR的距离向幅度变化范围大将近3～5dB。6)本文分析了随机噪声超宽带成像雷达的抗干扰性能,并和常规线性调频超宽带成像雷达的抗干扰性能进行了比较。分析表明,随机噪声成像雷达的抗干扰能力要强于线性调频成像雷达,例如,当干扰为线性调频信号（但调频斜率不同于线性调频信号雷达的调频斜率）、干信比为10dB时,相比线性调频成像雷达,随机噪声成像雷达的峰值旁瓣电平有9.6dB左右的改善。
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摘要ABSTRACT目录1 绪论1.1 研究背景1.2 随机噪声超宽带成像雷达的发展历史与现状1.2.1 随机噪声雷达1.2.2 随机噪声超宽带成像雷达1.3 随机噪声超宽带成像雷达应用分析及存在的问题1.4 论文的主要工作和创新2 随机噪声信号成像雷达理论基础2.1 引言2.2 随机噪声超宽带信号2.2.1 随机噪声信号波形2.2.2 随机噪声信号数学描述2.3 随机噪声雷达的距离向处理方法2.3.1 相关法2.3.2 频谱法2.3.3 反相关法2.4 随机噪声SAR时域相关处理2.4.1 相关处理2.4.2 相关处理实现方法2.5 随机噪声SAR系统分辨率2.5.1 距离向分辨率2.5.2 方位向分辨率2.6 小结3 随机噪声超宽带成像算法3.1 引言3.2 经典窄带成像算法3.2.1 距离-多普勒（RD）算法3.2.2 算法仿真及分析3.3 超宽带大处理角成像3.3.1 超宽带大处理角成像处理新特点3.3.2 ω-k成像算法3.3.3 后向投影（BP）成像算法3.4 超宽带成像雷达算法仿真与结果分析3.4.1 超宽带成像雷达RD算法成像仿真3.4.2 超宽带随机噪声信号成像仿真3.5 随机噪声超宽带成像雷达的成像算法选择3.6 小结4 随机噪声雷达信号距离向旁瓣特点4.1 引言4.2 矩形功率谱随机噪声信号距离向旁瓣4.2.1 矩形功率谱随机噪声信号距离向旁瓣特点4.2.2 矩形功率谱随机噪声信号距离向旁瓣抑制方法4.2.2.1 线性调频SAR距离向旁瓣抑制技术4.2.2.2 泰勒加权旁瓣技术用于随机噪声信号4.2.3 切趾滤波抑制旁瓣技术4.2.3.1 切趾滤波的原理4.2.3.2 切趾滤波的实现步骤4.2.3.3 切趾滤波在随机噪声信号距离向旁瓣抑制中的应用4.2.3.4 切趾滤波在线性调频SAR中的应用4.2.3.5 切趾滤波算法运算量分析4.3 高斯形功率谱随机噪声信号距离向旁瓣4.3.1 高斯形功率谱随机噪声信号距离向旁瓣特点4.3.2 高斯形功率谱随机噪声信号距离向旁瓣电平分析4.4 小结5 数字随机噪声信号的产生5.1 引言5.2 基于混沌理论的随机噪声信号产生5.2.1 改进型Logistic-Map的数学分析5.2.2 FPGA实现的改进型Logistic-Map混沌序列性能分析5.2.3 结论5.3 高斯分布随机数的产生5.3.1 Ziggurat高斯分布随机数产生算法5.3.2 FPGA实现的Ziggurat高斯分布随机数性能分析5.3.3 结论5.4 数字随机信号发生器的硬件平台设计5.4.1 硬件平台5.4.2 印制板的层叠设置5.4.3 高速D/A电路的设计5.4.3.1 高性能的D/A转换芯片——AD97365.4.3.2 DAC的时钟驱动设计5.4.3.3 LVDS信号在设计中的要求5.4.3.4 DAC的数字输入数据接口5.4.3.5 DAC的输出设计5.4.3.6 DDR SDRAM的设计5.4.4 硬件平台产生的实际波形5.5 小结6 随机噪声环形SAR及其仿真6.1 引言6.2 环形SAR6.2.1 成像几何关系及模型6.2.2 环形SAR格林函数的傅立叶特性6.2.3 环形SAR的目标函数6.2.4 二维插值6.3 不均匀数值插值技术6.4 仿真结果及分析6.5 小结7 随机噪声SAR相干斑模型及仿真7.1 引言7.2 相干斑的形成机理及模型7.2.1 相干斑形成机理7.2.2 数学模型7.3 仿真结果及分析7.4 小结8 随机噪声超宽带成像雷达抗干扰性能和目标分辨性能8.1 引言8.2 随机噪声超宽带成像雷达抗干扰性能8.2.1 电子类干扰分类概述8.2.2 雷达干扰信号的几种形式8.2.2.1 常见噪声干扰8.2.2.2 线性调频干扰8.2.3 雷达抗干扰能力评价指标8.2.3.1 峰值旁瓣电平和积分旁瓣比的变化率8.2.3.2 相关系数8.2.3.3 欧几里德空间距离8.2.4 抗干扰性能仿真8.2.5 结论8.3 高斯形功率谱随机噪声雷达信号的目标分辨能力8.3.1 目标分辨仿真一8.3.2 目标分辨仿真二8.3.3 仿真结果分析8.4 小结9 结束语致谢参考文献作者攻读博士学位期间发表（撰写）的论文和承担的科研项目
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