基于GPS的无源雷达技术研究

论文摘要

无源雷达具有反侦察、反干扰、反隐形、反辐射导弹、反低空突防方面等诸多优势，是现代雷达研究的一个重要领域。无源雷达本身不发射电磁波信号而只用目标辐射的电磁信号，这些目标辐射的电磁信号可能是目标自身发射的信号，亦或是第三方电磁波信号经目标反射后的电磁信号。本文研究使用后者信号的无源雷达。 可用的第三方电磁波信号包括地面广播电台、电视台、通信台站、直播电视卫星和导航定位卫星系统等发射的信号。目前，基于地面电视、数字调频广播的无源雷达已引起广泛的重视。然而，基于GPS信号的无源雷达尚处于探索阶段。GPS信号具有较高的安全性和全天候工作等优势，本文探讨这种信号在无源雷达中的应用，研究其系统的构成、处理模块以及实现技术，为将来的系统实用化打下基础。 本文的主要工作如下： 1．GPS信号源的设计与模拟 根据GPS信号产生原理和信号实际传播环境，本文首先设计了一个GPS信号模拟源；然后结合目标的几何特征，建立了运动目标轨迹的数学模型，为无源雷达研究提供模拟数据。 2．信号特征分析 分析了用于无源雷达照射源的典型商业无线电信号(广播、电视、移动通信和卫星)的模糊函数特性，在比较它们的距离和多普勒分辨力的基础上，进一步分析了GPS信号双基雷达模糊函数，同时也从双基雷达能量、距离、多普勒与分辨单元面积等方面的关系揭示了GPS信号性能优势，结果表明GPS信号可作为无源雷达照射源。 3．雷达系统设计 研究了基于GPS信号无源雷达的最大探测距离和定位算法，详细给出了GPS坐标系和雷达坐标系间的互换关系，然后阐述了本文研究的基于GPS信号的无源雷达系统。 4．信号处理技术 信号处理模块包括两部分：GPS直达信号处理和GPS目标信号处理。前者是为了提取一些技术参数，用于目标信号处理，实现目标检测和定位等。 (1)GPS直达信号处理 根据GPS直达信号接收通道分析，建立了相应的数学模型和模拟器；通过该模拟器可实现GPS直达信号的码、载波捕捉与跟踪以及导航信息的解调，从而提取无源雷达系统所需的技术参数，如时间同步信号、相参信号、基线距离、接收机位置等。 (2)GPS目标信号处理

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 图表目录
• 1 绪论
• 1.1 无源雷达
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容与结构
• 2 双基地雷达系统基本原理
• 2.1 双基地雷达系统定义
• 2.2 双基地雷达几何关系
• 2.3 双基地雷达的能量关系
• 2.3.1 双基地雷达方程
• 2.3.2 信噪比等值线（卡西尼卵形线）
• 2.3.3 双基地雷达的观察面积
• 2.4 双基地雷达距离关系
• 2.5 双基地雷达多普勒关系
• 2.6 双基地雷达目标分辨力
• 2.7 双基地雷达的目标分辨单元面积
• 2.8 本章小结
• 3 GPS雷达信号分析
• 3.1 雷达信号模糊函数定义
• 3.2 典型商业无线电信号模糊函数分析
• 3.2.1 广播信号模糊函数
• 3.2.2 电视信号模糊函数
• 3.2.3 通信信号模糊函数
• 3.2.4 GPS卫星信号模糊函数
• 3.2.5 典型商业无线电信号模糊特性比较
• 3.3 GPS卫星信号双基模糊函数
• 3.4 基于GPS信号的双基雷达关系分析
• 3.5 基于GPS信号无源雷达最大可探测距离
• 3.6 本章小结
• 4 基于GPS信号的无源雷达定位
• 4.1 无源定位
• 4.2 GPS坐标系与雷达坐标系的转换
• 4.3 基于GPS的无源雷达系统方案
• 4.4 基于GPS的无源雷达定位
• 4.4.1 单颗GPS卫星和单个接收系统的无源雷达定位
• 4.4.2 三颗GPS卫星和单个接收系统的无源雷达定位
• 4.4.3 单颗GPS卫星和三个接收系统的无源雷达定位
• 4.5 本章小结
• 5 GPS直达信号接收与仿真
• 5.1 直达信号接收通道基本结构及工作原理
• 5.2 中频直达数字信号接收通道各模块数学模型
• 5.2.1 码捕捉算法
• 5.2.2 码、载波跟踪
• 5.2.3 卫星导航信息解调
• 5.2.4 接收机自身定位计算
• 5.3 直达信号接收通道软件仿真
• 5.4 本章小结
• 6 雷达目标信号接收与检测
• 6.1 回波信号接收天线结构研究
• 6.2 直达信号与多路径信号和干扰的抑制方法研究
• 6.2.1 多路径信号分析
• 6.2.2 多路径信号估计方法
• 6.2.3 改进型码、载波跟踪电路对多路径信号衰减
• 6.2.4 基于倒谱法分离多路径信号
• 6.2.5 干扰信号的抑制方法
• 6.3 目标信号检测处理
• 6.3.1 相关运算
• 6.3.2 积累电路
• 6.3.3 匹配滤波器
• 6.4 接收机检测性能评价
• 6.4.1 无线电仪接收机
• 6.4.2 多天线互相关接收机
• 6.4.3 多通道化接收机
• 6.4.4 接收机性能分析
• 6.5 本章小结
• 7 雷达目标成像与跟踪
• 7.1 基于GPS的无源雷达SAR成像处理
• 7.2 SAR成像计算机仿真
• 7.2.1 单颗GPS卫星、单个接收机和目标构成无源雷达系统
• 7.2.2 两颗GPS卫星、单个接收机和目标构成无源雷达系统
• 7.2.3 叁颗GPS卫星、单个接收机和目标构成无源雷达系统
• 7.3 目标跟踪方法
• 7.4 线形滤波与预测
• 7.5 非线形滤波与预测
• 7.5.1 扩展卡尔曼滤波（EKF）
• 7.5.2 无轨卡尔曼滤波（UKF）
• 7.5.3 交互式多模型滤波（IMMF）
• 7.5.4 粒子滤波（PF）
• 7.6 目标运动模型
• 7.6.1 目标的状态方程
• 7.6.2 目标的测量方程
• 7.7 目标跟踪仿真与性能分析
• 7.8 本章小结
• 8 全文总结
• 附录A GPS信号及目标回波信号模拟
• A.1 GPS信号模拟
• A.2 目标回波信号信号模拟
• 致谢
• 参考文献
• 博士期间发表的论文
• 博士期间参加的科研工作