频控阵波束的距离角度依赖特性研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目频控阵波束的距离角度依赖特性研究学科专业通信与信息系统学号201211010204作者姓名王哲指导教师王文钦教授分类号密级注1UDC学位论文频控阵波束的距离角度依赖特性研究王哲（作者姓名）指导教师王文钦教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业通信与信息系统提交论文日期2018.04.03论文答辩日期2018.06.09学位授予单位和

2、日期电子科技大学2018.06.25答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ResearchonRange-Angle-DependentCharacteristicsofFrequencyDiverseArrayBeampatternADoctoralDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:CommunicationandInformationSystemsTechnologyA

3、uthor:ZheWangSupervisor:Prof.Wen-QinWangSchool:SchoolofInformationandCommunicationEngineering摘要摘要频控阵雷达(Frequency Diverse Array, FDA)近年来受到了国内外科研工作者的高度研究关注。与传统的相控阵雷达(Phased Array，PA)相比，频控阵的各阵元采用不同的发射载波频率，而相控阵采用相同的发射载波频率来发射信号。与多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIM

4、O)雷达相比，频控阵发射信号本身不正交，从而可以获得相干的阵列增益；而MIMO雷达各阵元发射信号相互正交，具有空间增益，但不具有相干阵列增益。基本频控阵给每个阵元施加的频率偏移是线性递增的，这种频率偏移会导致距离和角度依赖性的发射波束，而且这种波束也是在距离维和角度维相互耦合的，这就增大了其阵列优化和参数估计难度。因此，本文针对频控阵波束图的距离依赖特性，研究频控阵参数优化设计方法及其在新体制雷达技术的应用，主要的研究工作和创新点包括：（1）提出了一种基于Costas序列的频控阵频偏设计方法：这种非线性频率偏移可以产生伪随机的

5、能量分布特性，而且其角度和距离维也不再耦合，这样目标的角度和距离可以在接收信号处理中，通过匹配滤波器和子空间分解算法无模糊地被估计出。此外，这种伪随机的能量分布图也可用于设计低截获概率(Low Probability of Intercept, LPI)雷达。（2）研究了一种基于多通道混频-匹配滤波的频控阵信号接收机设计方法：不同于传统单载波混频，该接收机使用与发射频偏相对应的多个载波对频控阵信号进行多通道下变频，然后使用匹配滤波压缩基带波形，输出同时包含目标的距离和角度参数的矢量数据模型。这种接收机能够同时处理重叠频谱和非重

6、叠频谱的频控阵信号，分别对应于发射相干波形和正交波形的频控阵信号。利用距离和角度依赖性，该接收机能够通过距离和角度依赖自适应波束形成算法来实现抑制干扰，亦能通过空间谱估计算法进行目标在距离和角度域的联合定位。（3）提出了一种改进的嵌套频控阵阵列设计方法：引入嵌套阵设计技术，进一步增大频控阵的自由度并通过优化设计发射和接收阵元的位置和权重，从而在给定阵元个数条件下大大增加阵列的自由度，从而能够探测和分辨更多雷达目标，并能有效抑制阵列栅瓣。同时，还提出一种基于最小二乘法(Least Squares，LS)的大尺度阵列任意波束图综合

7、新方法，该方法优于传统的多项式因式分解方法，特别是在设计一个有数百甚至数千个阵元的大型阵列波束图设计中更具优势。（4）提出了一种具有认知功能的频控阵雷达技术：通过综合利用认知雷达智能获取的环境信息和频控阵雷达距离依赖的发射波束，自适应优化频控阵雷达在I摘要目标跟踪过程中采取的频偏参数，使得频控阵发射波束聚焦在目标位置，从而实现在提高接收机信噪比(Signal-to-interference-plus-noise ratio, SINR)的同时，能够有效避免目标位置以外的干扰源影响。而且为了去除发射波束在距离维和角度维的耦合效应

8、，提出了一种基于发射信干噪比最大化的非线性频偏系数更新优化算法，能够根据目标和干扰的位置信息自适应优化非线性频偏参数，将发射波束聚焦于目标并且抑制干扰区域的辐射能量，从而改善频控阵雷达的发射信干噪比，提高其目标跟踪性能。关键字：频控阵雷达，距离和角度依赖性，波束形成，目标定位