基于單脈沖和自適應(yīng)天線的數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)研究.pdf

1、單脈沖概念的提出和單脈沖雷達(dá)的開發(fā)最早開始于20世紀(jì)40年代,它是在掃描和波束轉(zhuǎn)換技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,用于精密跟蹤的一種雷達(dá)技術(shù)。由于它能同時提供對角誤差敏感所需的所有波束,在單個雷達(dá)脈沖上同時比較各波束的輸出,從而消除了在掃描和波束轉(zhuǎn)換技術(shù)中不可避免的回波幅度隨時間變化造成的影響。傳統(tǒng)的單脈沖雷達(dá)一般利用在天線焦平面上對稱放置多饋源的方式得到同時多波束。這種方法對單脈沖饋源的設(shè)計和每個饋源之后的射頻通道設(shè)計要求很高,設(shè)計復(fù)雜耗時,而

2、且成本也很高。智能天線最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代,其目的是為了在復(fù)雜的電磁環(huán)境中有效地識別和跟蹤目標(biāo)。發(fā)展至今,智能天線幾乎已經(jīng)成了自適應(yīng)天線的代名詞,即充分利用自適應(yīng)方法調(diào)整接收或發(fā)射特性來增強天線性能。其中,基于數(shù)字信號的波達(dá)方向估計技術(shù)和數(shù)字波束形成技術(shù)主導(dǎo)了自適應(yīng)天線的發(fā)展,它們與陣列天線技術(shù)相結(jié)合,成就了靈活、準(zhǔn)確和具備強抗干擾能力的數(shù)字天線。這種自適應(yīng)天線的波束指向在一定范圍內(nèi)可以通過調(diào)整陣列信號的加權(quán)系數(shù)而改變,采用了抗干

3、擾自適應(yīng)算法之后,在干擾方向上還可以同時形成零陷。此外,只要數(shù)字信號處理的能力允許,那么利用不同加權(quán)系數(shù)對同一陣列天線接收下來的陣列信號進(jìn)行并行處理后,可以同時得到具有不同波束指向或零陷的數(shù)字波束。由于單脈沖技術(shù)需要同時形成多波束,而自適應(yīng)天線又可以通過并行處理同時得到多個波束,所以將二者結(jié)合不但能夠省去傳統(tǒng)單脈沖系統(tǒng)中復(fù)雜昂貴的饋源設(shè)計,而且可以充分利用陣列天線和陣列信號處理技術(shù)的諸多優(yōu)勢,增大系統(tǒng)的靈活性。不僅如此,這樣的系統(tǒng)還同時

4、具備單脈沖技術(shù)獨有的高速和高跟蹤精度優(yōu)點。這就是本文提出的基于單脈沖和自適應(yīng)天線的數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)。本文研究目的是為了:⑴設(shè)計數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu);⑵分析數(shù)字單脈沖的性能參數(shù),并仿真研究其特點;⑶根據(jù)仿真結(jié)果提出改善系統(tǒng)性能的方法。為此,作者主要完成了如下研究工作:(1)首先研究了傳統(tǒng)單脈沖技術(shù),在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對該系統(tǒng)的三大組成部分——陣列天線部分、發(fā)射部分和跟蹤部分——的結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計進(jìn)行了

5、研究。(2)在一個數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)中,單脈沖技術(shù)主要用于目標(biāo)精跟蹤,在此之前需要進(jìn)行目標(biāo)初始捕獲和同時多波束形成。因此,作者接下來首先對系統(tǒng)的目標(biāo)捕獲部分和單脈沖波束形成部分進(jìn)行研究。在目標(biāo)初始捕獲部分,考慮到資源的利用率和提高單脈沖跟蹤的初始跟蹤精度,作者選用了譜峰搜索DOA估計法。(3)比較了傳統(tǒng)單脈沖系統(tǒng)和數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)的誤差來源,由此說明了數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)點。然后提出了一種適用于多目標(biāo)跟蹤的,基于DOA估計的單脈沖干

6、擾抵消方法,并給出其實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。該方法充分利用了系統(tǒng)的數(shù)字處理資源,是一種較高效的方法。在此方法基礎(chǔ)上,研究了具體實現(xiàn)時需要用到的干擾抵消技術(shù),例如主瓣干擾抵消技術(shù)和旁瓣干擾抵消技術(shù),以及級聯(lián)了主、旁瓣干擾抵消的一種單脈沖自適應(yīng)波束形成結(jié)構(gòu)。(4)為了研究數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)的性能改善方法,作者在第3章所設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,利用仿真軟件Matlab中的Simulink搭建起一個仿真平臺,介紹了平臺的組成和構(gòu)建方法,以及搭建過程中遇到的主要

7、困難與解決方法。該平臺不但能夠幫助仿真分析單元波束夾角等單脈沖參數(shù)對系統(tǒng)跟蹤性能的影響,而且為今后進(jìn)一步研究數(shù)字單脈沖跟蹤系統(tǒng)中其他因素對系統(tǒng)性能的影響提供了一個很好的平臺。(5)最后,作者利用搭建起的仿真平臺對能夠表征單脈沖系統(tǒng)性能的參數(shù)及其與跟蹤精度的關(guān)系進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析和仿真,并根據(jù)分析結(jié)果找到一種改善跟蹤性能的方法——單元波束夾角調(diào)整法。為了說明該方法的有效性和優(yōu)越性,作者對采用固定單元波束夾角進(jìn)行單脈沖跟蹤時的跟蹤精度與采用可變