合成宽带毫米波雷达导引头的理论及实现
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摘要
合成宽带技术是目前雷达技术研究的热点之一,利用合成宽带技术可以降低距离维高分辨雷达系统实现的难度,使一维距离成像及在一维距离成像基础上的高分辨角跟踪成为可能。利用合成宽带技术来实现距离维的高分辨可以有多种方式,本文着重探讨了步进跳频及脉内调频、脉间步进跳频技术的理论分析和实现研究。
    本文分析了步进跳频信号实现合成宽带的理论,系统的分析了工程设计过程中,跳频间隔、发射脉冲宽度、采样间隔及起始采样时刻间必须满足的相互关系,对不同参数选取所造成的合成宽带性能的影响进行了研究,给出了明确的结论,并对运动速度的影响进行了分析。
    论文对脉内调频、脉间步进跳频信号进行了深入的分析研究,推导了文献中基本未涉及的该信号的模糊函数,得出了这一信号具有距离维高分辨能力的结论;还分析了利用此信号实现合成宽带的可行性,对目标回波特性及信号处理采样实现进行了分析;对跳频间隔与发射信号带宽间的关系进行分析,得出了系统设计必须考虑的限制条件;对运动补偿的实现方法进行了广泛的探讨,提出了几种可以实用的补偿算法。
    论文结合实际对以脉内调频、脉间步进跳频理论为基础设计的毫米波主动导引头的几个特殊问题进行了分析研究。详细分析描述了三通道幅相一致性的校正方法、分析了I、Q 支路幅相及直流偏置误差对合成宽带的影响、数字比相对角跟踪性能的影响及小目标检测的实现方法。探讨了毫米波导引头三维成像机理,进行了仿真和实际处理,得到了实际目标的三维图像。
    论文最后分析探讨了毫米波导引头的设计与实现,论述了总体设计参数及主要分系统的设计参数,给出了总体及各主要分系统的实现框图。对国内首次研制完成的宽带导引头系统进行了一系列的试验,给出了实测结果,验证了本文所论述理论的正确性。
The synthetic wide-band technique is a hot point of radar system research. Making use of the synthetic wide-band technique can decrease difficulty of realization of the whole radar system and it can achieve high range profile of targets. Based on high range profile, the angle tracking of high resolution can be obtained. There are several ways to achieve high range resolution. In this dissertation ,not only the theory analysis ,but also engineering application study of both a stepped frequency and an intra-pulse chirp and inter-pulse stepped frequency are completed. In this dissertation, it’s focused on the theory and application study of both a stepped frequency and an intra-pulse chirp and inter-pulse stepped frequency signals. the theory of stepped frequency is firstly discussed. The inter-parameter relationships of frequency interval, pulse width, sampling interval and sampling time are analyzed and some analysis results are given. Besides above all, speed effect on synthetic wide band is discussed. Future more, the signal of the intra-pulse chirp and inter-pulse stepped frequency is analyzed and its ambiguity function is derived to show that the signal can obtain high range resolution. Feasibility of making use of the signal to achieve synthetic wide band is proved and the way of engineering realization is discussed. The relation between frequency interval and bandwidth is analyzed and analytical results are given. The compensation methods for moving target echoes are widely described and some new methods are put forward. Then several concrete questions to realize millimeter seeker based on the theory of the intra-pulse chirp and inter-pulse stepped frequency are described in detail, such as the correction method of amplitude and phase for three channel receiver, the error research for I/Q detector, the effect study of digital phase detector on angle tracking, the detection methods for small targets and so on. Concerned with actual seeker system, the radar three-dimension imaging is discussed. Some results of simulations are shown for three-dimension imaging and several actual millimeter three-dimension images are given. At last the design and realization of millimeter seeker are described. Some systematic parameters and chief sub-systems are briefly analyzed and the realization diagrams are given. A series of tests are finished for the developed millimeter seeker and the main test results are given. The results show that the theory of intra-pulse chirp and inter-pulse stepped frequency is correct and feasible.
引文
1. 【美】M.I.斯科尔尼克. 雷达系统导论. 北京:国防工业出版社,1992
    2. 【苏】A.И.列昂诺夫等编,黄虹译. 单脉冲雷达. 国防工业出版社,1974
    3. 林茂庸,柯有安. 雷达信号理论. 北京:国防工业出版社,1984
    4. 里海捷克. 雷达分辨理论. 北京:科学出版社,1980.
    5. D.R.Wehner. High Resolution Radar.2nd Editor. Artech House,inc.1987
    6. 郝祖全, 贺志毅等. 8mm 主动寻的导引头方案设计报告. 内部报告,1996,9
    7. 郝祖全, 贺志毅等. 8mm 主动寻的导引头方案论证报告. 内部报告,1996,5
    8. 郝祖全. 毫米波导引头及相关技术发展前景. 内部报告,2000
    9. 丁鹭飞. 雷达系统. 西安:西北电讯工程学院出版社,1984
    10. 郑学合. 高分辨力雷达导引头多维信息提取技术研究. 航天二院,博士学位论文,1998,7
    11. 郑学合,阮文杰,袁起. CHIRP 子脉冲频率步进雷达信号的探讨. 现代防御技术,1998(2)
    12. 郑学合.振动对频率步进合成距离像的影响分析. 现代防御技术,1998(3)
    13. 李耽. 高分辨雷达信号处理的理论与实现. 北京理工大学,博士学位论文,2001,2
    14. 李方慧. 一维距离高分辨力雷达信号处理的理论与实现研究. 北京理工大学,博士学位论文,2001,2
    15. 戴树荪等编. 数字技术在雷达中的应用. 西北电讯工程学院出版
    16. 刁育才,左凤琴. 毫米波技术及其军事应用. 兵器工业出版社,1991
    17. 薛良金. 毫米波工程基础. 国防工业出版社,1998
    18. 【美】K.J.巴顿,J.C.威尔茨著,方再根,刁育才译. 毫米波系统. 国防工业出版社,1989
    19. 黄德双著. 高分辨雷达智能信号处理技术. 北京:机械工业出版社,2001.2
    20. 丁鹭飞,耿福录编. 雷达原理. 西安:西安电子科技大学出版社,1995
    21. 袁起,成楚之. 毫米波精确制导技术展望. 精确制导技术文集. 1990,8
    22. 陆锦辉,丁庆海,是湘全,张清泰. 频率随机捷变频雷达信号的平均模糊函数. 系统工程与电子技术,2001,第六期,pp:49-52
    23. 安凌凌. 高分辨雷达接收机的设计. 现代雷达,1996 年,第三期,PP:68-75.
    24. 姚士康. 跟踪雷达定向灵敏度分析和标校. 现代雷达,1996 年6 月,第三期,pp:8-16
    25. 乔晓林、肖渺、金铭. 基于频率捷变和RCS 加权抑制雷达角闪烁的研究. 系统工程与电子技术,2001,.23 (4)
    26. 牟善祥,李兴国. 频率步进雷达中随机频率误差对系统性能的影响分析. 现代雷达,1999 年12 月,第六期,pp:22-25
    27. 雷文,龙腾,韩月秋. 跳频步进频雷达运动目标信号处理新方法. 电子学报,2000年,第12 期
    28. 陈志坚. 脉间变频实现高分辨力成像. 现代雷达,1989,11(4):31-35
    29. 王振荣,文宏武. 脉间变频格式高距离向分辨力成像方法中系统误差的研究. 电子学报,1995,23(12):82~85.
    30. 龙腾. 频率步进雷达信号的多普勒性能分析. 现代雷达,1996,18(2):31-37.
    31. G.S Gill. Simultaneous pulse compression and Doppler processing with step frequency waveform. Electronics Letters 7th November 1996 Vol.32 No.23, pp2178~2179
    32. Richard T. Lord and Michael R.Inggs. High Range Resolution Radar using Narrowband Linear Chirps offset in Frequency. Proceedings of the south African Symposium on
    Communications and Signal processing Sep. 1997 Sponsored by:IEEE pp9~12
    33. David C.Lush and Dean A. Hudson. Resolution Analysis of Large Time-Bandwidth Radars for Non-Uniform Target Motion. Boeing Defense & Space Group USA,pp407~410
    34. G.S.Gill. Step Frequency Waveform Design and Processing For Detection of Moving Target in Clutter, IEEE International Radar Conference,1996,P573~578
    35. Abraham Paulose. High Radar Range Resolution With the Step Frequency Waveform. Master’s Thesis. AD-A284 611.June 1994
    36. 李眈,龙腾. 步进频率雷达目标去冗余算法.电子学报. 2000, 28(6)
    37. 岳彦生,龙腾. 直接数字chirp 合成及频谱分析. 系统工程与电子技术,2001,23(4):13-15
    38. 龙腾,李耽,吴琼之. 频率步进雷达参数设计与目标抽取算法. 系统工程与电子技术,2001, 23(6):26-31
    39. Huang. Jen-Chih. The Ambiguity Function of the Stepped Frequency Radar. Thesis. ADA289533. September 1994
    40. Ruttenburg, K.,GHANZIT, L. High range resolution by means of pulse-pulse frequency shifting, EASCON, 1968 Record, p.47
    41. T.H.Einstein, Generation of high resolution radar range profiles and range profile auto-correlation functions using stepped-frequency pulse trains, project report T—54, Lincoln laboratory, MIT, 1985.
    42. 毫米波宽带雷达导引头信号处理机设计报告. 内部报告,北京理工大学电子工程系雷达技术研究所. 1998,9
    43. 调频步进频单脉冲雷达导引头数字信号处理机. 中国国防科技报告. 北京理工大学电子工程系雷达技术研究所. 2000.12
    44. 殷兴良,范金荣. 国外精确制导技术发展综述. 现代防御技术,1996(2),pp:1-4
    45. 陈德源,刘庆鸿. 直接碰撞动能拦截器技术的发展与应用. 现代防御技术,1997年,第五期,pp10-17.
    46. J. A. Seil. Technical innovation of MMW seeker in an endoatmospheric interceptor. AIAA93-2650
    47. P. H. Swarter. Design of a miniaturized W-band seeker for application in an endoatmospheric interceptor. AIAA93-2646
    48. G. A. Killen. Advanced technology MMW seeker testbed: a multi-technology demonstration sensor. IEEE National Radar Conference, 1989, pp.35-41
    49. G. M. Green and G. A. Killen. Imaging in multi-dimensions and monopulse processing concepts and practice. SPIE Vol.1101, pp.2-10,1989
    50. I. J. Rothwell, et al. Target detection and identification using a stepped-frequency ultra-wideband radar. SPIE Vol.2845, pp.26-37,1996
    51. M. I. Skolnik, et al. An ultrawideband microwave-radar conceptual design. IEEE International Radar Conference, 1995, pp.16-21
    52. 雷文. 高分辨率雷达信号处理算法研究. 博士学位论文,北京理工大学, 2001,2
    53. 高德勇. 调频步进雷达实时信号模拟技术研究. 博士学位论文,北京理工大学,2000,7
    54. 陈蕾. 高距离分辨率雷达目标的检测与识别. 航天工业总公司二院二十五所硕士 学位论文,1998
    55. 程氡. 导引头系统高速目标距离维成像研究. 航天工业总公司二院二十五所硕士学位论文,1999
    56. 林海. 阶跃调频波形高距离分辨处理及速度补偿研究. 航天工业总公司二院二十五所硕士学位论文,1999
    57. 张峋. 毫米波导引头高距离分辨一维成像系统误差补偿. 航天二院二十五所2000年硕士论文
    58. 王华力,李兴国. 高距离分辨力脉间步进跳频系统的探讨. 现代雷达,1995,第一期:pp.31-37
    59. 王一丁,李兴国. 一种频率步进雷达的预处理系统. 上海航天,1997,第五期:pp.22-25
    60. Noon,D.A., Longstaff,I.D., Stickley,G.F. Wideband quadrature error correction (using SVD for stepped-frequency radar receivers. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 354 1999:pp.1444-1449
    61. 陆中行. 正交解调误差的校正. 现代雷达,1994 年8 月第四期,pp:24-29.
    62. K.C.Ho, Y.T. Chen. A Digital Quardrature Demodulation System, IEEE Trans on AES, 1996,Vol.32, Jo.4,pp.1218-1226
    63. 孙晓兵,保铮. 中频信号采样与正交相干检波. 系统工程与电子技术,1993,第五期,pp:1-9
    64. 张远见,方汉平. 单脉冲雷达接收通道的幅相一致性及幅相调整电路. 现代雷达,第六期,pp:72-80
    65. 陈绪元. 脉冲雷达相位检波器两路输出不一致性研究. 现代雷达,1997,2(1):82-85
    66. M. I. Skolnik. Introduction to radar systems, 2nd edition. McGraw-Hill Book Co.,1980
    67. D. R. Wehner. High-resolution radar, 2nd edition. Artech House, 1995
    68. D. D. Howard. High range-resolution monopulse tracking radar. IEEE Trans. AES, Vol.11, No.5, pp.749-755,1975
    69. D. C. Lush and D. A. Hudson. Ambiguity function analysis of wideband radars. IEEE National Radar Conference 1991. pp.16-20
    70. AD-A328 272/0/XAB. Comparison of the Step Frequency Radar with the Conventional Constant Frequency Radars. Naval Postgraduate School, Monterey CA.,Dec 1996
    71. A.V. 奥本海姆, R.W.谢弗. 数字信号处理. 北京:科学出版社,1981
    72. Dean D. Howard. High Range-resolution Monopulse Tracking Radar. IEEE Transactions ON Aerospace and ‘Electronic systems Vol. AES-11,No.5 ,1975,9
    73. M.E. Clark. High Range Resolution Techniques for Ballistic Missile. British Aerospace Land and Sea Systems, Newport Road, Cowes, Isle of Wight, PO318PF, United Kingdom. ?1999 British Aerospace plc
    74. 刘峥,张守宏. 步进频率雷达目标运动参数估计. 电子学报. Vol.28,No.3. 2000,3
    75. 刘峥,张守宏. 频率编码脉冲信号的模糊函数与编码优化. 系统工程与电子技术,1999,21(11): 38-40
    76. GUO Guirong, HE Songhua, ZHANG Zaowen. Millimeter wave radar target identification by using high-resolution-range profiles, Proceedings of SPIE --The International Society for Optical Engineering v2211,1994:pp324-332
    77. 何友,关键,彭应宁等著. 雷达自动检测与恒虚警处理. 清华大学出版社,1999,5
    78. Hermann Rohling.. Radar CFAR Thresholding in Clutter and Multiple Target Situations. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. Vol. 19,No.47 1988
    79. M.Weiss. Analysis of Some Modified Cell-Averaging CFAR Processors in Multiple-Target Situations. IEEE Transactions ON Aerospace and Electronic Systems. Vol. AES-18, No.11 1985
    80. 陆林根. 高分辨雷达的目标自动监测器. 电子科学学刊,1997,19(2):195-201
    81. 陆林根. 高距离分辨雷达用相关滤波提高目标检测性能. 系统工程与电子技术,1995(9):pp57-61
    82. 葛建军,赵为,熊年生,王仁华. 二维滑窗检测性能分析及其实现. 系统工程与电子技术,1998,20(12):34-36
    83. 王明宇,俞卞章. 一种基于单元筛选的CFAR 检测方法. 现代雷达,2000, 第六期: pp.27-43
    84. 沈一鹰,刘永坦. 复信号检测中门限估计的野值剔除. 现代雷达,1999, 第三期:pp.39-43
    85. 龙腾,毛二可,何佩琨. 调频步进频雷达信号分析与处理. 电子学报,1998,26(12):84~88
    86. 梁兴东,董永强等. 毫米波实孔径三维成像研究. 系统工程与电子技术,2000,22(4):52~54.
    87. 高梅国、周闰. 和差数字鉴相分析. 系统工程与电子技术,2000,22(1):28~29.
    88. 朱淮城. 8mm 主动寻的导引头测控系统. 航天报告, 2000
    89. 朱淮城. 8mm 主动寻的导引头方案论证报告. 内部报告,2002
    90. 穆贺强、彭应宁. 一种时域I、Q 不平衡的校正方法. 系统工程与电子技术,2001,23(7):pp9-11
    91. Z Elkoshi,”Frequency Domain Error Correction for Monopulse Radar Signal”IEEE Trans. Vol,AES-23,No.3,May 1987,pp.349o-354
    92. 贺志毅,郝祖全,朱淮城. 某雷达高距离分辨原理及其目标射频模拟. 系统工程与电子技术,2001 年,第一期
    93. 贺志毅,张峋,郝祖全. 毫米波一维成像雷达获取三维图象的实现方法. 系统工程与电子技术,2002 年,第八期,pp59-63

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