宽带雷达信号间歇采样调制方法及应用研究

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各类先进电子器件的飞速发展使得对波形的灵活调制成为可能,因而信号调制技术已经成为雷达博弈双方关注的重要领域。宽带成像雷达需要在复杂电磁环境中获取目标图像信息,成像雷达对抗设备则需要对目标进行有效的图像特征控制,两者均极大地依赖于对雷达信号在时频空等域上的灵活调制,因此对雷达信号调制方法展开研究具有迫切需求。间歇采样调制通过对信号的低速率交替采样与处理,大大降低了对宽带雷达信号的高速采样要求,具有实现简单、设计灵活等优势,因此在雷达信号处理特别是成像雷达干扰领域得到了广泛关注。在此背景下,本文以间歇采样调制技术为主线,以宽带成像雷达为应用背景,以目标图像获取与特征控制为具体问题,从理论方法与具体应用两个层面对雷达信号间歇采样调制技术展开了系统性的研究。主要内容如下:首先,研究了雷达信号间歇采样调制特性。在分析传统均匀间歇采样调制特性基础上,结合伪随机编码与周期循环编码两种典型编码方式,重点对雷达信号编码间歇采样调制特性进行详细分析。首先,研究了编码间歇采样调制脉冲特性;其次,详细分析了雷达信号特别是线性调频信号(Linear Frequency Modulation,LFM)经过编码间歇采样调制后的特性,给出了信号频谱与匹配滤波输出;最后对于不同编码方式下的间歇采样调制结果进行分析,仿真给出了不同调制参数对调制效果的影响。这部分工作为本文后续研究奠定了理论基础。进而,研究了基于间歇采样调制信号的雷达成像方法。利用编码间歇采样调制灵活的时域编码调控特性,提出了将编码间歇采样调制LFM信号用于实际雷达波形的思路。首先,从时域脉冲流密度、信号频谱、模糊函数、匹配滤波特性等角度将其与完整LFM信号进行比较,证明间歇调制信号在具备LFM信号大时宽带宽积、高多普勒容限等优势的同时,还可大大减少成像采样数据量并具备较好的抗干扰潜力;其次,针对传统脉冲压缩成像处理形成高水平距离旁瓣的问题,利用信号的稀疏特性采用基于压缩感知理论的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法对目标图像进行重构,得到了目标的高分辨图像;最后,通过实测ISAR数据仿真以及微波暗室实验的方式验证了所提方法的有效性。随后,研究了基于正交间歇采样调制信号的全极化成像雷达目标HRRP合成方法。针对同时全极化雷达对于不同极化通道信号严苛的正交性要求,利用间歇采样调制的脉内时域分集特性,通过对完整信号进行正交编码间歇采样调制的方式得到了在脉内时域上正交的全极化成像信号;为充分利用不同极化通道信息之间的关联性,进一步提出了基于行稀疏性的联合压缩感知全极化同时OMP算法(Fully Polarization-Simultaneous OMP,FP-SOMP)对目标全极化HRRP进行重构,提高了全极化HRRP重构概率以及精度;最后,通过数字仿真以及实测全极化无人机数据实验的方式对所提方法进行了性能分析与有效性验证。最后,研究了基于间歇采样调制信号的成像雷达目标图像特征控制方法。提出了一种基于间歇采样调制的成像雷达有源回波对消方法。该方法利用均匀与编码间歇采样调制的独特特性,针对由于时延偏移、相位估计偏差、能量误差等非理想因素带来的对消信号与雷达回波幅度失配进而使得对消失效的问题,分别通过生成多个逼真假目标或者压制式干扰条带的方式对残留雷达目标图像进行保护,从而提高了回波对消的鲁棒性;提出了一种基于编码间歇采样调制的ISAR目标压制式图像特征控制方法。该方法通过直接对截获到的雷达信号进行快慢时间的联合编码间歇采样调制,形成了沿距离向与方位向扩展的二维压制式干扰条带,有效掩盖了所需保护目标的图像特征。相比于传统的ISAR图像特征控制方法,该方法不需要调制目标散射特性模板,因此提高了干扰信号产生的实时性与可实现性。
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