伪码调相中断连续波雷达信号处理的关键技术研究
|
摘要
在现代的高科技战争中,雷达的作用无可替代。其中近程侦察雷达可对地面运动目标、低空直升机等进行探测,发现目标,实现定位,并对其进行分类识别,对基地、要塞、机场等高价值目标起着保护作用。近程侦察雷达性能的提升无疑具有非常重大的意义。为了获得更低的截获概率,更强的抗干扰能力,更高的测量精度,更远的作用距离,更轻便的体积,伪码调相中断连续波雷达成为符合这些现代战争要求的首选。本文即是针对近程侦察应用下的伪码调相中断连续波雷达所做的研究。
论文首先对伪码调相中断连续波雷达的信号波形进行了分析,接着研究该雷达工作环境中的噪声与杂波,选择了高斯分布的热噪声模型与幅度服从瑞利分布,功率谱服从高斯分布的杂波模型并进行了仿真。然后构建了该雷达信号处理系统的仿真模型,其模块包括:雷达回波的产生、匹配滤波、旁瓣抑制、数据重排、杂波对消和动目标检测,并给出其仿真方法与结果。在此基础上,针对伪码调相中断连续波雷达信号处理的关键技术——旁瓣抑制和杂波抑制进行了研究。它们对雷达性能的提高起着重要作用。针对13位巴克码和63位最小旁瓣电平码,讨论了基于线性规划和最小二乘的失配滤波器旁瓣抑制算法。接着针对13位巴克码,讨论了基于线性规划和最小二乘的RG-2结构的旁瓣抑制算法。通过仿真分析各算法性能,得到了有用的结论。最后分析了针对固定杂波的多脉冲对消算法和针对慢动杂波的试探法算法,通过仿真也得到了有应用意义的结论。
In modern high-tech war, radar is irreplaceable. Among them the short-range surveillance radar can detect targets on the ground or at low altitude, even distinguish them. It can protect valuable targets such as fortresses, airports and so on. It is of great importance to improve the performance of the short-range surveillance radar. In order to find a radar with low possibility of interception, stronger anti-interference, better accuracy, wider range but in a smaller volume, pseudo-random-code phase-coded quasi-continuous wave radar is the first choice. Because it meets the demands of modern war. This thesis is to analyze the signal processing of pseudo-random-code phase-coded quasi-continuous wave radar for short-range surveillance.
The thesis firstly analyzes the forms of the radar. And then the noise and clutter in the working environment is studied. A suitable model is chosen and simulated. Then the signal processing system of this radar is constructed. The model includes generation of received wave, matched filter, rearrangement of data, clutter-canceling, moving-target-detection. All the progress is simulated and the results are shown. After that two pivotal technologies of signal processing are discussed in detail. As for the 13-bit Barker Code and 63-bit optimal-peak-sidelobe binary codes, algorithms of linear programming and least squares are utilized to suppress the sidelobe. For the 13-bit Barker Code, filter of RG-2 structure is applied. The performance and valuable conclusions are reached. Finally a multi-cycle canceller is used for still clutter and the trying-out method for slow-moving clutter. Both algorithms are simulated and some useful results are obtained.
论文首先对伪码调相中断连续波雷达的信号波形进行了分析,接着研究该雷达工作环境中的噪声与杂波,选择了高斯分布的热噪声模型与幅度服从瑞利分布,功率谱服从高斯分布的杂波模型并进行了仿真。然后构建了该雷达信号处理系统的仿真模型,其模块包括:雷达回波的产生、匹配滤波、旁瓣抑制、数据重排、杂波对消和动目标检测,并给出其仿真方法与结果。在此基础上,针对伪码调相中断连续波雷达信号处理的关键技术——旁瓣抑制和杂波抑制进行了研究。它们对雷达性能的提高起着重要作用。针对13位巴克码和63位最小旁瓣电平码,讨论了基于线性规划和最小二乘的失配滤波器旁瓣抑制算法。接着针对13位巴克码,讨论了基于线性规划和最小二乘的RG-2结构的旁瓣抑制算法。通过仿真分析各算法性能,得到了有用的结论。最后分析了针对固定杂波的多脉冲对消算法和针对慢动杂波的试探法算法,通过仿真也得到了有应用意义的结论。
In modern high-tech war, radar is irreplaceable. Among them the short-range surveillance radar can detect targets on the ground or at low altitude, even distinguish them. It can protect valuable targets such as fortresses, airports and so on. It is of great importance to improve the performance of the short-range surveillance radar. In order to find a radar with low possibility of interception, stronger anti-interference, better accuracy, wider range but in a smaller volume, pseudo-random-code phase-coded quasi-continuous wave radar is the first choice. Because it meets the demands of modern war. This thesis is to analyze the signal processing of pseudo-random-code phase-coded quasi-continuous wave radar for short-range surveillance.
The thesis firstly analyzes the forms of the radar. And then the noise and clutter in the working environment is studied. A suitable model is chosen and simulated. Then the signal processing system of this radar is constructed. The model includes generation of received wave, matched filter, rearrangement of data, clutter-canceling, moving-target-detection. All the progress is simulated and the results are shown. After that two pivotal technologies of signal processing are discussed in detail. As for the 13-bit Barker Code and 63-bit optimal-peak-sidelobe binary codes, algorithms of linear programming and least squares are utilized to suppress the sidelobe. For the 13-bit Barker Code, filter of RG-2 structure is applied. The performance and valuable conclusions are reached. Finally a multi-cycle canceller is used for still clutter and the trying-out method for slow-moving clutter. Both algorithms are simulated and some useful results are obtained.
引文
[1]熊峰.战场侦察雷达技术概述.电视技术,2007,47(2):6-11
[2]付耀先.相位编码雷达性能与应用研究.南京理工大学硕士论文,2002
[3]张可.准连续波雷达信号分析.雷达技术,2003,7:1-4
[4]袁伟明.一种新的准连续波雷达波形设计方法研究.现代雷达,2007,29(9):16-19
[5]顾红,李玺.解决连续波雷达泄漏的一种新途径—周期方波断续法.电子学报,1998.12:7-11
[6]禾刚,谭贤四,王红,曲智国.三种不同体制雷达的比较.舰船电子对抗,2008,31(1):82-84
[7]刘晓娟,徐永元,姬长华.相位编码信号在LPI雷达中的应用.现代雷达,2003,7:11-13
[8]袁嗣杰,陈谷仓,李贵新.准连续波雷达数字信号处理系统.装备指挥技术学院学报,2003,1:67-69
[9]宋耀良.近程战场侦察雷达的视频信号仿真.兵工学报,1998,19(2):130-133
[10]刘国岁,顾红,苏为民.随机信号雷达.北京:国防工业出版社,2005
[11]胡爱明,胡可欣.相位编码信号在雷达中的应用.船舶电子对抗,2007,30(5):66-68
[12]张群逸.雷达中的相位编码信号与处理.火控雷达技术,2005,34:29-32
[13]王涛,王飞雪,郭桂蓉.理想二相编码评述.现代雷达,2002,4:46-49
[14]晓国镇,梁传甲,王育民.伪随机序列及其应用.北京:国防工业出版社,1985
[15]Greg Coxson,Jon Russo.Efficient Exhaustive Search for Optimal-Peak-Sidelobe Binary Codes.IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS,2005,1(41):302-308
[16]吴凡.低截获概率雷达信号编码设计与仿真.南京邮电大学硕士论文,2003
[17]杨万海.雷达系统建模与仿真.陕西:西安电子科技大学出版社,2007
[18]窦林涛,程健庆,李素民.基于Matlab的雷达信号处理系统仿真.指挥控制与仿真,2006,28(2):78-82
[19]David K.Barton著,南京电子技术研究所译.雷达系统分析与建模.北京:电子工业出版社,2007
[20]杨凤凤,周智敏.基于ZMNL法的雷达杂波仿真.现代雷达,2003,9:22-24
[21]钟红蕾,柴常春.杂波特性分析和杂波抑制技术研究.信息与电子工程.2005,3(1):66-71
[22]祝本玉,毕大平,史军军.基于Matlab的雷达杂波建模与仿真.电子工程,2007,2:1-4
[23]张长隆,楼生强,周良柱.相位编码脉冲压缩雷达杂波建模与仿真.国防科技大学学报,2003,25(4):47-52
[24]郑新春,冯小平.脉冲压缩雷达地杂波模拟与系统实现雷达与对抗,2005,1:21-24
[25]刘年宝,周锉兴.相位编码脉冲压缩雷达地物杂波的计算机模拟及特征分析.上海航天,1995,2:22-24
[26]花汉兵.雷达杂波模型的建立与仿真.计算机仿真,2007,24(10):92-94
[27]张麟兮,许家栋,李萍,王少波.雷达接收系统仿真.计算机仿真,2007,24(5):298-301
[28]R L米切尔.雷达系统模拟.科学出版社,1982
[29]毛士艺等.脉冲多普勒雷达.国防工业出版社,1990
[30]贾旭.脉冲压缩体制雷达系统仿真及其干扰效能分析.电子科技大学硕文,2003
[31]王泽伟,贾宏进.搜索雷达建模与仿真研究.雷达与对抗,2005,2:7-11
[32]陈俊.二相编码脉冲雷达回波信号的数字接收及脉压.电子科技大学硕文.2004
[33]徐玉芬.现代雷达信号处理的数字脉冲压缩方法.现代雷达,2007,29(7):61-64
[34]王少军,贺知明,陈辅新,张一冰.频域脉压对相位编码信号特殊旁瓣的抑制.现代电子技术,2005,11(202):48-52
[35]中航雷达与电子设备研究所.雷达系统.北京:国防工业出版社,2005
[36]向敬成,张明友.雷达系统.北京:电子工业出版社,2001
[37]丁鹭飞,耿富录.雷达原理.西安电子科技出版社,2002
[38]Mark A.Richards著,邢孟道,王彤,李真芳等译.雷达信号处理基础.北京:电子工业出版社,2008年
[39]王克宇.相位编码信号限幅恒虚警性能分析.火控雷达技术,2004,23:9-13
[40]陈怀琛.数字信号处理教程:MATLAB释义与实现.北京:电子工业出版社,2008
[41]杨文华,宋立平,王其扬.巴克码的旁瓣抑制.上海航天,1996,4:41-45
[42]王飞雪,欧钢.恒增益处理损失的最佳编码旁瓣抑制滤波器.电子学报,2003,9:1418-1421
[43]Zoraster S.Minimun peak range sidelobe filter for binary phase coded waveform.IEEE Trans,1980,AES-16
[44]袁涛,陈建春,罗斌凤.失配滤波器在数字脉压旁瓣抑制技术中的应用.火控雷达技术,2003,32:17-20
[45]张仕元,吴乐南.基于RLS的脉压雷达数字旁瓣抑制滤波器设计方法.测控技术,2006,25(7):79-82
[46]Ribaczek A W,Golden R W.Range sidelobe suppression for Barker codes.IEEE,1971,AES-7
[47]薛光明.雷达杂波抑制技术研究.雷达专论,2004,2:1-11
[48]张军.MTI应用于伪随机编码连续波雷达.无线电工程,1995,25(3):38-41
[49]张艳妮,杨万海,白蕊.递归三次与非递归MTI对消器的比较分析.技术前沿,2008,10(7):75-77
[50]Mahafza B R.Radar System Analysis and Design Using MATLAB.Boca Raton:CHAPMAN&HALL/CRC,2004
[51]李帅,闫世强,汤子跃.一种伪码调相连续波雷达的杂波抑制方法.空军雷达学院学报,2005,19(4):14-16
[52]李志淮,谭贤四,王红,谢乘峰.地面PD雷达杂波对消分析.电子对抗,2009,1:30-34
[2]付耀先.相位编码雷达性能与应用研究.南京理工大学硕士论文,2002
[3]张可.准连续波雷达信号分析.雷达技术,2003,7:1-4
[4]袁伟明.一种新的准连续波雷达波形设计方法研究.现代雷达,2007,29(9):16-19
[5]顾红,李玺.解决连续波雷达泄漏的一种新途径—周期方波断续法.电子学报,1998.12:7-11
[6]禾刚,谭贤四,王红,曲智国.三种不同体制雷达的比较.舰船电子对抗,2008,31(1):82-84
[7]刘晓娟,徐永元,姬长华.相位编码信号在LPI雷达中的应用.现代雷达,2003,7:11-13
[8]袁嗣杰,陈谷仓,李贵新.准连续波雷达数字信号处理系统.装备指挥技术学院学报,2003,1:67-69
[9]宋耀良.近程战场侦察雷达的视频信号仿真.兵工学报,1998,19(2):130-133
[10]刘国岁,顾红,苏为民.随机信号雷达.北京:国防工业出版社,2005
[11]胡爱明,胡可欣.相位编码信号在雷达中的应用.船舶电子对抗,2007,30(5):66-68
[12]张群逸.雷达中的相位编码信号与处理.火控雷达技术,2005,34:29-32
[13]王涛,王飞雪,郭桂蓉.理想二相编码评述.现代雷达,2002,4:46-49
[14]晓国镇,梁传甲,王育民.伪随机序列及其应用.北京:国防工业出版社,1985
[15]Greg Coxson,Jon Russo.Efficient Exhaustive Search for Optimal-Peak-Sidelobe Binary Codes.IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS,2005,1(41):302-308
[16]吴凡.低截获概率雷达信号编码设计与仿真.南京邮电大学硕士论文,2003
[17]杨万海.雷达系统建模与仿真.陕西:西安电子科技大学出版社,2007
[18]窦林涛,程健庆,李素民.基于Matlab的雷达信号处理系统仿真.指挥控制与仿真,2006,28(2):78-82
[19]David K.Barton著,南京电子技术研究所译.雷达系统分析与建模.北京:电子工业出版社,2007
[20]杨凤凤,周智敏.基于ZMNL法的雷达杂波仿真.现代雷达,2003,9:22-24
[21]钟红蕾,柴常春.杂波特性分析和杂波抑制技术研究.信息与电子工程.2005,3(1):66-71
[22]祝本玉,毕大平,史军军.基于Matlab的雷达杂波建模与仿真.电子工程,2007,2:1-4
[23]张长隆,楼生强,周良柱.相位编码脉冲压缩雷达杂波建模与仿真.国防科技大学学报,2003,25(4):47-52
[24]郑新春,冯小平.脉冲压缩雷达地杂波模拟与系统实现雷达与对抗,2005,1:21-24
[25]刘年宝,周锉兴.相位编码脉冲压缩雷达地物杂波的计算机模拟及特征分析.上海航天,1995,2:22-24
[26]花汉兵.雷达杂波模型的建立与仿真.计算机仿真,2007,24(10):92-94
[27]张麟兮,许家栋,李萍,王少波.雷达接收系统仿真.计算机仿真,2007,24(5):298-301
[28]R L米切尔.雷达系统模拟.科学出版社,1982
[29]毛士艺等.脉冲多普勒雷达.国防工业出版社,1990
[30]贾旭.脉冲压缩体制雷达系统仿真及其干扰效能分析.电子科技大学硕文,2003
[31]王泽伟,贾宏进.搜索雷达建模与仿真研究.雷达与对抗,2005,2:7-11
[32]陈俊.二相编码脉冲雷达回波信号的数字接收及脉压.电子科技大学硕文.2004
[33]徐玉芬.现代雷达信号处理的数字脉冲压缩方法.现代雷达,2007,29(7):61-64
[34]王少军,贺知明,陈辅新,张一冰.频域脉压对相位编码信号特殊旁瓣的抑制.现代电子技术,2005,11(202):48-52
[35]中航雷达与电子设备研究所.雷达系统.北京:国防工业出版社,2005
[36]向敬成,张明友.雷达系统.北京:电子工业出版社,2001
[37]丁鹭飞,耿富录.雷达原理.西安电子科技出版社,2002
[38]Mark A.Richards著,邢孟道,王彤,李真芳等译.雷达信号处理基础.北京:电子工业出版社,2008年
[39]王克宇.相位编码信号限幅恒虚警性能分析.火控雷达技术,2004,23:9-13
[40]陈怀琛.数字信号处理教程:MATLAB释义与实现.北京:电子工业出版社,2008
[41]杨文华,宋立平,王其扬.巴克码的旁瓣抑制.上海航天,1996,4:41-45
[42]王飞雪,欧钢.恒增益处理损失的最佳编码旁瓣抑制滤波器.电子学报,2003,9:1418-1421
[43]Zoraster S.Minimun peak range sidelobe filter for binary phase coded waveform.IEEE Trans,1980,AES-16
[44]袁涛,陈建春,罗斌凤.失配滤波器在数字脉压旁瓣抑制技术中的应用.火控雷达技术,2003,32:17-20
[45]张仕元,吴乐南.基于RLS的脉压雷达数字旁瓣抑制滤波器设计方法.测控技术,2006,25(7):79-82
[46]Ribaczek A W,Golden R W.Range sidelobe suppression for Barker codes.IEEE,1971,AES-7
[47]薛光明.雷达杂波抑制技术研究.雷达专论,2004,2:1-11
[48]张军.MTI应用于伪随机编码连续波雷达.无线电工程,1995,25(3):38-41
[49]张艳妮,杨万海,白蕊.递归三次与非递归MTI对消器的比较分析.技术前沿,2008,10(7):75-77
[50]Mahafza B R.Radar System Analysis and Design Using MATLAB.Boca Raton:CHAPMAN&HALL/CRC,2004
[51]李帅,闫世强,汤子跃.一种伪码调相连续波雷达的杂波抑制方法.空军雷达学院学报,2005,19(4):14-16
[52]李志淮,谭贤四,王红,谢乘峰.地面PD雷达杂波对消分析.电子对抗,2009,1:30-34