毫米波频率步进导引头的信号处理
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摘要
频率步进雷达作为一种高距离分辨雷达，由于具有测距精度高，抗杂波能力强，可以识别真假目标和反隐身等优点，在精确制导武器中有着广阔的应用前景。本文主要针对毫米波导引头频率步进体制的信号处理技术进行了研究。
文中首先概述了频率步进雷达系统的工作原理，然后介绍了频率步进雷达的性能参数。利用该波形的模糊函数表达式，详细分析了频率步进雷达波形固有的特征，为进一步理论分析和研究奠定了基础。
研究了频率步进雷达信号常规逆傅立叶变换和Chirp-z变换处理方法实现高距离分辨率的原理，介绍了其它几种频率步进信号处理方法的特点及其应用前景；接着讨论了当目标与雷达存在径向运动时，目标的高分辨距离像产生的变化，并根据对不同周期子脉冲间相对相位关系的分析，研究了速度补偿的原则并详细介绍了多种基于运动参数估计的速度补偿方法，通过仿真验证了其可行性。
为了在距离高分辨率基础上针对单个散射中心进行有效测角，对圆锥扫描和频率步进之间的相互影响进行了详细的分析，在此基础上采用了两种有效的角度处理方案，并仿真证明其有效性。
As a high-range-resolution radar system, stepped frequency radar has great potential applications in accurate control and guide weapons which has the advantage of high range measuring accuracy, anti-clutter-ability, identifiability of true and false targets. In this thesis the signal processing of stepped frequency system which applied in the millimeter wave seeker is discussed particularly.
The basic theory of the stepped frequency radar system is summarized firstly, and the features of stepped frequency radar are analyzed in detail. According to the definition of radar waveform's ambiguity function, the characteristics of stepped frequency radar waveform are analyzed in detail to build a foundation for theoretical and experimental studies.
Two signal processing methods of high range resolution based on Inverse Discrete Fourier Transform and Chirp-z Transform are analyzed, other signal processing methods are summarized and prospected. In the following, the effect on the high resolution range profile caused by the radial motion between the target and the radar is discussed. The frequency compensation principle is analyzed according to the research of the relation of the different pulse's phase and several different frequency compensation methods based on velocity estimation are introduced and proved by computer simulation.
To get angle information of every scatters effectively one by one based on the high rage resolution, the interaction of conical scan and stepped frequency is analyzed in detail. After that two effective angle information processing methods are introduced and proved by computer simulation.
文中首先概述了频率步进雷达系统的工作原理，然后介绍了频率步进雷达的性能参数。利用该波形的模糊函数表达式，详细分析了频率步进雷达波形固有的特征，为进一步理论分析和研究奠定了基础。
研究了频率步进雷达信号常规逆傅立叶变换和Chirp-z变换处理方法实现高距离分辨率的原理，介绍了其它几种频率步进信号处理方法的特点及其应用前景；接着讨论了当目标与雷达存在径向运动时，目标的高分辨距离像产生的变化，并根据对不同周期子脉冲间相对相位关系的分析，研究了速度补偿的原则并详细介绍了多种基于运动参数估计的速度补偿方法，通过仿真验证了其可行性。
为了在距离高分辨率基础上针对单个散射中心进行有效测角，对圆锥扫描和频率步进之间的相互影响进行了详细的分析，在此基础上采用了两种有效的角度处理方案，并仿真证明其有效性。
As a high-range-resolution radar system, stepped frequency radar has great potential applications in accurate control and guide weapons which has the advantage of high range measuring accuracy, anti-clutter-ability, identifiability of true and false targets. In this thesis the signal processing of stepped frequency system which applied in the millimeter wave seeker is discussed particularly.
The basic theory of the stepped frequency radar system is summarized firstly, and the features of stepped frequency radar are analyzed in detail. According to the definition of radar waveform's ambiguity function, the characteristics of stepped frequency radar waveform are analyzed in detail to build a foundation for theoretical and experimental studies.
Two signal processing methods of high range resolution based on Inverse Discrete Fourier Transform and Chirp-z Transform are analyzed, other signal processing methods are summarized and prospected. In the following, the effect on the high resolution range profile caused by the radial motion between the target and the radar is discussed. The frequency compensation principle is analyzed according to the research of the relation of the different pulse's phase and several different frequency compensation methods based on velocity estimation are introduced and proved by computer simulation.
To get angle information of every scatters effectively one by one based on the high rage resolution, the interaction of conical scan and stepped frequency is analyzed in detail. After that two effective angle information processing methods are introduced and proved by computer simulation.
引文
1 龙腾，毛二可，何佩琨．调频步进雷达信号分析与处理．电子学报．Vol．26，No．12，1998：84-88
2 牟善祥，孔德春，李兴国．脉间频率步进雷达信号模糊函数分析．南京理工大学学报．Vol．24，No．1，2000：32-36
3 李海英，杨汝良．径向速度对频率步进雷达目标距离像影响分析．电子与信息学报．Vol．25，No．5，2003：592-597
4 龙腾．频率步进雷达信号的多普勒性能分析．现代雷达．Vol．18，No．2，1996：31-37
5 李道京，张麟兮，俞卞章．主动雷达成像导引头几个问题的研究．现代雷达．Vol．25，No．5，2003：12-15
6 高烽．HPRF-PD主动雷达导引头作用距离的计算．上海航天．No．5，1997：61-63
7 毛少路，李少洪．步进频率单脉冲二维像成像仿真及用于识别的研究．航空学报．Vol．2，2001：112-114
8 郑学合．频率步进雷达信号的模糊函数．火控雷达技术．Vol．26，No．4，1997：7-12
9 孙厚军，邓次军，王越，高本庆，杜谦．用频率步进技术识别雷达目标的方法．北京理工大学学报．Vol．17，No．4，1997：470-474
10 王华力，李兴国．高距离分辨率脉间频率步进系统的探讨．现代雷达．Vol．17，No．1，1995：91-99
11 王一丁，李兴国．一种频率步进雷达的预处理系统．上海航天．No．5，1997：22-26
12 李耽，龙腾．步进频率雷达目标去冗余算法．电子学报．Vol．28，No．6，2000：60-63
13 刘静，李兴国，顾玉辉．频率步进雷达关键技术的研究．制导与引信．Vol．24，No．4，2003：24-28 Vol．23，No．3，2002：9-13
14 刘峥，张守宏．步进频率雷达在精确制导武器中的应用．制导与引信．Vol．23，No．3，2002：9-13
15 杨军，姚军奎，郭英辉，祁载康．毫米波频率步进雷达脉冲波形对目标辨识的影响．兵工学报．Vol．19，No．4，1998：322-326
16 邓次平，孙厚军，戴增智，杜谦．利用频率步进信号获取距离回波波形的计算机模拟和实验研究．
17 李国玮，柯亨玉，张翼．基于脉间频率步进信号的高频地波雷达回波信号处理．武汉大学学报(理学版)．Vol．49，No．3，2003：396-400
18 李跃华．毫米波频率步进雷达信号检测与处理[博士论文]．南京：南京理工大学．
19 王一丁．脉间频率步进高距离分辨率雷达技术的研究[博士论文]．南京：南京理工大学，1998
20 黄德双．高分辨雷达智能信号处理技术．北京：机械工业出版社，2001
21 黄辉．脉间频率步进雷达信号处理技术研究[硕士论文]．南京：南京理工大学：2002
22 穆雪华，刘峥．步进频率雷达目标距离像拼接技术研究．制导与引信．Vol．24，No．2，2003：6-17
23 张志鸿．多普勒引信的信号处理仿真．制导与引信．Vol．23，No．4，2002：6-10
24 李玉清．近20年来国外导弹引信技术研究与发展概况．制导与引信．Vol．23，No．3，2002：1-8
25 谢袁春，高本庆，邓次平．频率步进圆锥扫描体制天线对目标回波信号的影响．雷达与对抗．No．1．2001：8-12
26 孙厚军，杜谦，李镇，邓次军．频率步进高距离分辨技术在圆锥扫体制中的应用．北京理工大学学报．Vol．16，No．1，1996：75-80
27 杨军，郭英辉，祁载康．毫米波频率步进信号目标辨识角误差信息提取途径．北京理工大学学报．Vol．18，No．4，1998：498-501
28 Jae Sok Son, et al. Phase Different Method for Target Motion Compensation of Stepped Frequency ISAR Signatures. SPIE, Vol. 2845, 1996: 103-174
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30 刘峥，张守宏．步进频率雷达目标的运动参数估计．电子学报．Vol．28，No．3，2000：43-45
31 穆红，甘伟佑，翟春惠．防空导弹雷达导引头设计．北京：宇航出版社，1996
32 刘宏伟，王俊，张守宏．运动目标环境下步进频率信号的设计及处理．西安电子科技大学学报．Vol．24，增刊，1997：75-81
33 沈吉，向锦武，祁载康．目标运动对步进频率毫米波雷达图像匹配识别的影响研究．电子学报．Vol．31，No．3，2003：345-348
34 徐光进，牟善祥．脉间步进频率雷达波形设计分析．现代雷达．Vol．23，No．2，2001：12-14
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38 吴琼之，龙腾，王飞．步进频率圆锥扫描雷达信号处理．兵工学报．Vol．24，No．2，2003：188-192
39 高烽．多普勒雷达导引头信号处理技术．北京：国防工业出版社，2001
40 杨军，欧阳晓黎．毫米波频率步进目标辨识获取位标器角误差信号的方法—电压法．弹箭与制导学报．Vol．21，No．3，2001：21-25
41 毛二可，龙腾，韩月秋．频率步进雷达数字信号处理．航空学报．Vol．22，增刊，2001：16-25
42 Wu Qiongzhi, Wang Fei, Long Teng. Veloetiy Compensation Methods for the Conical Scan Step-Frequency Waveform. Radar 2002, 15-17 Oct. 2002, Pages: 488-491
43 张华生．多普勒频率技术在锥扫体制跟踪雷达中的应用．火控雷达技术．Vol．23，No．3，1994：45-53
44 Wu QiongZhi, Long Teng, Li Dan, Wang Fei. Conical Scan Step-Frequency Radar Signal Processing. Radar, 2001 of the CIE International Conference on, Proceedings, 15-18 Oct. 2001, Pages: 576-580
45 张涛，马长征，张守宏．一种新的ISAR-FS成像运动补偿方法．西安电子科技大学学报(自然科学版)．Vol．27，No．1，2000：65-69
46 蒋楠稚，王毛路，李少洪，毛士艺．频率步进脉冲距离高分辨一维成像速度补偿分析．电子科学学刊．Vol．21，No．5，1999：665-670
47 Lei Wen, Long Teng, Han YueQiu. Moving Targets Imaging for Stepped Frequency Radar. Signal Processing Proceedings, 2000. WCCC-ICSP 2000. 5th International Conference on. Vol. 3, 21-25 Aug. 2000, Pages: 1851-1855
48 张旭东，何松华，李保国．一种利用高分辨距离像提高圆锥扫描测角精度的方法．现代雷达．Vol．21，No．4，1999：54-59
49 张平．MATLAB基础与应用简明教程．北京航空航天大学出版社．2001
50 丁鹭飞．雷达原理．西安电子科技大学出版社，2002
51 贾鸿志．雷达信号分析．南京理工大学，1995
52 张直中．雷达信号的选择与处理．国防工业出版社，1979
53 张葛祥，李娜．Matlab仿真技术与应用．北京：清华大学出版社，2003
54 王沫然，肖劲松．MATLAB 5.X与科学计算．北京：清华大学出版社，2000
2 牟善祥，孔德春，李兴国．脉间频率步进雷达信号模糊函数分析．南京理工大学学报．Vol．24，No．1，2000：32-36
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4 龙腾．频率步进雷达信号的多普勒性能分析．现代雷达．Vol．18，No．2，1996：31-37
5 李道京，张麟兮，俞卞章．主动雷达成像导引头几个问题的研究．现代雷达．Vol．25，No．5，2003：12-15
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7 毛少路，李少洪．步进频率单脉冲二维像成像仿真及用于识别的研究．航空学报．Vol．2，2001：112-114
8 郑学合．频率步进雷达信号的模糊函数．火控雷达技术．Vol．26，No．4，1997：7-12
9 孙厚军，邓次军，王越，高本庆，杜谦．用频率步进技术识别雷达目标的方法．北京理工大学学报．Vol．17，No．4，1997：470-474
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13 刘静，李兴国，顾玉辉．频率步进雷达关键技术的研究．制导与引信．Vol．24，No．4，2003：24-28 Vol．23，No．3，2002：9-13
14 刘峥，张守宏．步进频率雷达在精确制导武器中的应用．制导与引信．Vol．23，No．3，2002：9-13
15 杨军，姚军奎，郭英辉，祁载康．毫米波频率步进雷达脉冲波形对目标辨识的影响．兵工学报．Vol．19，No．4，1998：322-326
16 邓次平，孙厚军，戴增智，杜谦．利用频率步进信号获取距离回波波形的计算机模拟和实验研究．
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26 孙厚军，杜谦，李镇，邓次军．频率步进高距离分辨技术在圆锥扫体制中的应用．北京理工大学学报．Vol．16，No．1，1996：75-80
27 杨军，郭英辉，祁载康．毫米波频率步进信号目标辨识角误差信息提取途径．北京理工大学学报．Vol．18，No．4，1998：498-501
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