频率步进雷达高速目标成像中的运动补偿方法研究

论文摘要

频率步进雷达作为一种灵活高效、低成本的宽带、超宽带雷达,在军事、民用众多领域有着广泛的应用。频率步进信号带宽大、相干处理周期长,对多普勒效应十分敏感。因此,非合作高速运动目标成像的运动补偿技术一直是该雷达体制信号处理中的瓶颈技术之一。针对这一现状,本文围绕频率步进雷达运动目标成像的理论与方法,深入研究了频率步进雷达和调频步进雷达的高速目标回波模型,高速匀速目标的运动补偿技术,以及高速匀加速目标的运动补偿技术。主要研究成果体现在以下几个方面:1、针对频率步进信号带宽大、相干处理周期长的特点,建立了频率步进雷达和调频步进雷达的高速目标回波模型,深入分析了速度、加速度对高分辨距离像合成的影响。特别分析了目标高速运动条件下回波包络走动的影响,弥补了目标低速运动假设条件下的传统回波模型的不足。2、针对匀速运动模型,研究了高速目标的运动补偿技术。首先,提出了基于二维时域互相关的运动补偿新方法。该方法克服了长相干处理周期下回波包络剧烈走动对补偿性能的恶劣影响,并扩大了速度不模糊范围以适应高速条件。其次,提出了基于单帧回波数据的运动补偿新方法。该方法首先利用Radon变换进行粗略的运动补偿,将高速运动补偿问题转化为低速运动补偿问题,然后利用距离像的“距离-速度”耦合关系进行精确的运动补偿,适合工程实践的需要。3、针对匀加速运动模型,研究了高速机动目标的运动补偿技术,提出了基于“速度-加速度”解耦合的运动补偿新方法。该方法利用时域互相关函数与最小熵代价函数中的“速度-加速度”耦合关系的不一致性,成功解决了传统方法的“速度-加速度”耦合问题,大大提高了运动参数估计的精度;同时,将“速度-加速度”二维参数搜索估计降阶为一维参数搜索估计,大大减少了运算量,十分有利于工程实现。论文研究成果对解决频率步进雷达高速目标的运动补偿问题具有积极意义,能够满足实际应用背景的需求,具有重要的工程实践价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 频率步进雷达的兴起与优势
• 1.1.2 频率步进雷达成像面临的问题
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 本文主要工作及内容安排
• 第二章 频率步进雷达回波运动模型
• 2.1 概述
• 2.2 频率步进雷达回波模型
• 2.2.1 SFR 回波模型
• 2.2.1.1 回波模型理论分析
• 2.2.1.2 信号模型仿真
• 2.2.2 目标运动对模型的影响
• 2.2.2.1 速度对模型的影响
• 2.2.2.2 加速度对模型的影响
• 2.3 调频步进雷达回波模型
• 2.3.1 LFM-SFR 回波模型
• 2.3.1.1 回波模型理论分析
• 2.3.1.2 信号模型仿真
• 2.3.2 目标运动对模型的影响
• 2.3.2.1 速度对模型的影响
• 2.3.2.2 加速度对模型的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 匀速高速运动目标的运动补偿方法
• 3.1 概述
• 3.2 现有算法及存在问题分析
• 3.3 二维时域互相关运动参数估计
• 3.3.1 算法基本原理
• 3.3.2 算法性能分析
• 3.3.2.1 速度估计不模糊范围和精度
• 3.3.2.2 运算量分析
• 3.3.3 算法适用条件
• 3.3.4 算法实现流程
• 3.3.5 仿真分析
• 3.4 基于单帧回波的运动参数估计
• 3.4.1 算法基本原理
• 3.4.1.1 Radon 变换
• 3.4.1.2 单帧测速原理
• 3.4.1.3 基于子序列平均的最小熵聚焦
• 3.4.2 算法性能
• 3.4.2.1 速度估计不模糊范围和精度
• 3.4.2.2 运算量分析
• 3.4.3 算法适用条件
• 3.4.4 算法实现流程
• 3.4.5 仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 匀加速高速运动目标的运动补偿方法
• 4.1 概述
• 4.2 现有算法及存在问题分析
• 4.3 基于“速度-加速度”解耦合的降维搜索算法
• 4.3.1 算法基本原理
• 4.3.2 性能分析
• 4.3.2.1 运动参数估计不模糊范围和精度
• 4.3.2.2 时域互相关函数峰值函数展宽的影响
• 4.3.2.3 运算量分析
• 4.3.3 算法实现流程
• 4.3.4 仿真结果
• 4.3.4.1 小机动条件下的仿真结果
• 4.3.4.2 大机动条件下的仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果