多模式雷达波形系统设计与实现技术

论文摘要

为了适应日益复杂的外部电磁环境以及多样的自然环境,完成不同的感知任务,具有多种工作模式的多模式雷达已经成为现代雷达技术发展的必然趋势,而雷达波形系统的设计与实现则是多模式雷达系统的核心关键技术,是其拥有灵活多变的工作模式的根本所在。然而,由于不同的雷达工作波形在收发体制、系统带宽、信号处理方法以及数据组织与管理等方面都存在较大差异,因此,如何根据应用需求设计波形样式及其参数,满足不同感知任务需求的同时保证不同波形模式下系统收发与信号处理的兼容性,是在诸如星载/弹载等对系统体积与功耗都有着严格限制的应用中,多模式雷达波形系统设计的关键所在。本文以一种典型的再入式多模式雷达探测器对空中编队目标的探测应用为例,对多模式雷达的波形系统设计与实现技术展开研究。主要内容包括以下几个方面:绪论部分首先从军事需求和民事应用两方面阐述了多模式雷达的发展趋势及其重要的研究价值;然后从探测性能、宽带高分辨性能、低截获性能、自适应认知性能以及波形实现技术等五个方面系统总结了雷达波形技术的发展现状与趋势;随后,在分析本文应用场景下由远及近过程中感知任务特点的基础上,将雷达工作模式划分为远距模式和近距模式;最后,提出了以高重频脉冲串频率步进信号和低重频调频非线性步进信号作为两种模式下的工作波形的解决思路,并指出了不同模式下存在的关键问题。第二章针对远距模式,重点研究了高重频脉冲串频率步进信号波形设计的方法理论。首先对该信号预测遮挡和多目标分辨的基本原理进行了简单的介绍,并将波形参数设计分为相参脉冲串设计和重频集设计两个环节。其次,从单个雷达脉冲探测性能的分析入手,提出了以占空比因子为依据的脉冲雷达波形可实现性与接收方式分析方法,并给出了一种通用的相参脉冲串雷达波形设计流程。再次,以CA解模糊算法为例,推导得到了考虑噪声条件下测距精度与解模糊正确概率间的理论关系,结合本应用特点,给出了一种有不确定的先验距离信息下脉冲串步进波形的重频集设计方法。最后,以本应用为例对相关设计方法和理论进行了仿真验证,结果表明了波形设计的有效性。第三章针对近距模式,重点研究了低重频调频非线性步进信号的波形设计方法。首先,从理论上分析了调频步进信号匹配接收后距离上存在的副瓣和栅瓣的问题,并对现有抑制方法及其优缺点作了系统的总结;然后,针对该波形下低栅副瓣波形参数设计问题,借助随机逼近理论,首次提出了一种调频非线性步进信号的解析设计方法,详细介绍了该方法的基本原理和设计流程。最后,以本应用为例,对相关设计方法的有效性进行了仿真验证,结果表明本文提出的设计方法对副瓣和栅瓣抑制性能方面均优于传统方法,设计过程简单易于操作。第四章研究了多波形生成与管理系统的电路设计与实现。首先,结合DDS技术分析了波形设计指标的约束条件以及不同实现方法对波形性能指标的影响,并给出了一种适合本应用的波形生成方案。其次,在多波形管理系统的电路设计中,重点针对高速数字电路设计问题,提出了一种多处理器系统电路综合仿真方法,多次工程实践表明该电路设计与仿真方法可有效提高设计的成功率和性能。最后,对波形系统的关键指标进行了测试,高分辨成像和暗室ISAR成像的实验结果都表明了本文波形系统的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 雷达波形技术研究现状与发展趋势
• 1.2.1 探测性能
• 1.2.2 宽带高分辨性能
• 1.2.3 低截获性能
• 1.2.4 自适应认知性能
• 1.2.5 波形实现技术
• 1.3 研究思路与工作安排
• 1.3.1 应用背景
• 1.3.2 研究思路及关键问题
• 1.3.3 研究工作安排
• 第二章 脉冲串频率步进信号波形设计
• 2.1 引言
• 2.2 PT-SF 波形的工作原理
• 2.2.1 信号形式与测距原理
• 2.2.2 抗遮挡原理
• 2.3 相参脉冲串的参数设计方法
• 2.3.1 单脉冲探测能力与波形可实现性分析
• 2.3.2 参数设计约束条件
• 2.3.3 波形参数设计流程
• 2.4 重频集设计方法
• 2.4.1 CA 解模糊算法基本原理
• 2.4.2 重频集设计方法
• 2.4.3 重频集设计流程
• 2.5 设计结果与性能评估
• 2.6 本章小结
• 第三章 调频非线性步进信号波形设计
• 3.1 引言
• 3.2 调频步进信号栅副瓣抑制方法
• 3.2.1 调频步进信号的基本形式
• 3.2.2 栅副瓣性能分析
• 3.2.3 栅副瓣抑制的现有方法及问题
• 3.3 调频非线性步进信号设计方法
• 3.3.1 信号形式与栅副瓣抑制性能分析
• 3.3.2 低栅副瓣波形设计方法
• 3.4 设计结果与性能评估
• 3.5 本章小结
• 第四章 多波形生成与管理系统设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 多波形生成系统电路设计与实现
• 4.2.1 AD9910 功能简介
• 4.2.2 设计约束与性能指标
• 4.2.3 波形参数实现方式分析
• 4.2.4 系统实现方案
• 4.3 多波形管理系统电路设计与实现
• 4.3.1 系统实现方案
• 4.3.2 系统电路综合仿真
• 4.4 系统测试与结果分析
• 4.4.1 DDS 信号指标测试
• 4.4.2 成像数据分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果