相控阵雷达信号处理的基础.doc

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1、相控阵雷达信号处理的基础摘要本文节给出了一个关于相控阵雷达原理和术语的简短的调查研究。波束形成、雷达探测与参数估计已经描述过了。子阵的概念，单脉冲与任意子阵的估计开发。作为一个自适应波束形成，这是在其他几个部分处理的准备，关于模型塑造的确定性加权的主题将会进行详细的介绍。1.0引言当今阵列在许多应用程序、视图和术语中的运用是完全不同的。我们在这里介绍几个相控阵雷达天线和相关信号处理的具体特点。首先，雷达原理和术语的解释。大量阵列单元的波束形成是典型雷达天线的特点和问题，在其他应用程序众所周知。因此，我们讨论了阵列填满、大光圈和

2、带宽的特殊问题。为了降低成本和空间，天线的输出通常归结于子阵。数字化处理只能靠子阵输出解决。等部分模拟和数字波束形成的问题，特别是光栅的问题进行了讨论。本主题将重新考虑自适应波束形成，空时自适应处理（STAP），和SAR。雷达探测范围和方向估计由统计假设检验和参数估计理论进行计算。这一理论的主要应用将在下一章的自适应波束形成中进行讨论。在这个章中，我们提出了单脉冲估计的应用，并且在下一章中扩展到自适应阵列或STAP的单脉冲估计。由于波束形成在相控阵中起着核心作用，也为各种自适应波束形成做了准备，并且为确定性天线波束形成和和相关

3、通道精度要求做了详细介绍。2.0雷达和阵列的基础2.1基本概念雷达原理在图1中进行了描述。一个长度为τ的脉冲被传输，被反射在目标上和在时刻雷达再次收到该脉冲。这个信号的传输时间经计算为。这个过程中脉冲重复间隔为（PRI）T。因此，最大的明确范围为。比之称为占空比。接收到的信号与噪声功率比（SNR）由雷达方程描述。这是的规则要求雷达设计师必须尽可能增加传送或接收的能量。快速实时处理：过滤接收到的脉冲使得信号能量能够最大限度地提取（匹配滤波，脉冲压缩）。这是实现卷积接收到的数据样本发射波的形式，,。脉冲压缩后距离分辨率为，其中τ是

4、脉冲压缩后的有效脉冲长度。通过压缩后较短的长度对长发射脉冲进行适当的编码，因此可以实现很高的分辨率。这需要一个更大的带宽。脉冲之前的么长度和压缩后的长度之比称为压缩比K，与时间带宽积类似，。模拟波形，如用于脉冲压缩的线性频率调制（调频），或通过某种子脉冲切换的离散码，例如：二进制代码或多相码。脉冲压缩后的雷达旁瓣对于避免假目标非常重要。此外，压缩脉冲必须适应多普勒频移，多普勒频移是一个典型的目标重复移动的频率。慢时处理：接收信号能量可以增加整合电源脉冲。由于多普勒效应，具有一定径向速度的目标回波经历了一个的频移。从脉冲间隔时间

5、，我们可以观察到一次相移。如果这次变换得到补偿就能收集到最大能量。正确的相位补偿的总和被称为连贯整合，。当然，径向速度和因此导致的多普勒频是未知的，必须进行估计。积分时间KT被称为相干处理间隔，CPI。此外，也可以只对幅度进行相加，叫做非相干积分，。在一个雷达的固定观察方向（例如若干CPI）上的所有处理时间称为延时。2.2相控阵原理相控阵的原理是从大量的基本球面波形如图2所示，生成一个波前平面。一些阵列天线的技术实现也显示在图中。球面波通过基本天线单元的全方位特征来近似实现。在基本天线上应用适合的激励和接收的所有信号的总和被称

6、为波束形成。为什么人们对相控阵天线如此感兴趣?它的主要优点是几乎是无限快速地转换阵列的观察方向。这使得我们可以根据一些最优准则，而不是根据一个连续的机械运动来阐明搜索空间。回顾准则，这迫使我们集中传输能量。优化目标接收的能量的各个方面都可以用关键词——能量管理来表示，这是相控阵的本质上的优势。特定的能源管理组成部分是l相干积分几乎可以达到任意长。这可以做到更好的杂波抑制（多普勒分辨力），通过提取光谱的特征来进行目标分类，并最终进行SAR和ISAR处理。l时分复用的不同雷达的任务，如搜索和跟踪多个目标的性能。这允许使用单相位阵列

7、雷达作为多功能雷达。l个别的雷达任务的优化：优化搜索，采集和跟踪波形，需要时的高精度测量，变量的光束形状，跟踪优化算法（雷达通过跟踪算法和一个先验信息来进行控制）。l较低的主要能量消耗（仅适用于主动阵列，节省约2倍）l高故障间的平均时间间隔（MTBF）由于优美的退化（只对于主动阵列）l如果在天线孔径的空间样本可供选择：自适应波束形成（ABF）的时空自适应处理（STAP），超高分辨率2.3波束形成相控阵的关键技术问题之一是波束形成的操作。为了连贯地总结所有信号，在位置的天线单元的接收信号的时间延迟必须进行补偿。我们通过如图3所示

8、的天线坐标系统U中的单位方向向量（有时也被称为“方向余弦”），来表示入射波平面的入射角。绿色的平面可能代表一个平面天线的口径。公式对于三维阵列也有效。位置r的元素和原点之间的路径长度是对于如图3左边子图所示的线性天线，它等于。在元素r处的信号可写为其中，f是发射频率，c是光速