地基宽带分布式全相参雷达技术研究

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1、地基宽带分布式全相参雷达技术研究殷丕磊2016年1月中图分类号：TN958.6UDC分类号：621.396.9地基宽带分布式全相参雷达技术研究作者姓名殷丕磊学院名称信息与电子学院指导教师毛二可院士答辩委员会主席杨健教授申请学位级别工学博士学科专业信号与信息处理学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月ResearchonGround-BasedWidebandDistributedCoherentApertureRadarCandidateName：PileiYinSchoolorDepartment:Scho

2、olofInformationandElectronicsFacultyMentor:Prof.ErkeMaoChair,ThesisCommittee：Prof.JianYangDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：SignalandInformationProcessingDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan.2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获

3、得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要为了增大雷达探测威力、提高雷达探测精度，通常采用增大雷达天线口径的方式。而传统大口径雷达存在机动部署困难、战场生存能力差、制造成本昂贵、对器件的工艺水平要求苛刻、后期难以维护等问题，这些问题极大地限制了其发展与应

4、用。为了克服传统大孔径雷达的固有缺陷，林肯实验室提出了分布式全相参雷达的概念，该雷达通过对多部小孔径单元雷达进行信号级的融合处理，使其在性能上等效于大孔径雷达。目前，研究人员对分布式全相参雷达的研究还处于起步探索阶段，实现该体制雷达的关键技术尚待解决。本文系统分析了分布式全相参雷达的结构组成和工作流程；针对实现分布式宽带全相参所面临的关键问题，提出了基于正交信号和相参信号的相参参数估计方法、基于内外定标的系统同步方法以及基于频率步进信号的宽带全相参方法；结合分布式系统多单元雷达的阵列结构，研究了一种对抗雷达主瓣干扰的有

5、效方法。论文的主要研究内容和成果如下：1、在分布式全相参雷达中，由于各单元雷达与目标的距离不同，导致各发射信号在目标处存在时间差和相位差，本文将这两个参数合称为相参参数。为了实现雷达的全相参工作，要求各单元雷达发射信号应在目标处相参叠加，因此需要准确获取相参参数。本文研究了相参参数的估计方法：首先，介绍了分布式全相参雷达的系统组成，详细给出了其工作流程，并根据各单元雷达与目标的相对位置关系，建立了相参参数的数学模型；然后，对应分布式系统的工作流程，分别提出了基于正交信号的相参参数估计方法和基于相参信号的相参参数估计方法

6、，为了提高相参参数的估计精度，提出了基于修正代价函数的正交多相编码信号的波形设计方法，并针对两种信号的相参参数，分别推导了其克拉美-罗下界（CramerRaoLowBound，CRLB），对两种估计方法的估计性能进行了仿真分析；最后，为了对运动目标的相参参数进行有效地跟踪，提出了基于Kalman的相参参数滤波方法，并通过仿真验证了该方法的有效性。相参参数是实现分布式雷达全相参工作的关键参数，通过对分布式雷达相参参数估计方法的研究，为实现系统全相参提供了技术支撑。2、分布式系统的时间和相位同步误差将导致相参参数估计值存在

7、偏差，进而降I北京理工大学博士学位论文低系统的相参性能。本文针对分布式全相参雷达的系统同步问题，提出了基于内、外定标的分布式系统时间同步和相位同步方法。首先，分析了系统同步误差的来源，建立了时间同步误差和相位同步误差的数学模型，分析了同步误差对系统相参性能的影响，在一定相参性能损失的前提下给出了分布式全相参雷达对时间同步误差及相位同步误差的指标要求；然后，在设计了系统本振同源方案的基础上，提出了基于内、外定标的系统时间同步和相位同步方法，即：采用中心站向各单元雷达分发信号的方式构成各单元雷达的本振信号，以消除晶振源频率

8、准确度及稳定度对同步误差带来的影响，在此基础上，分别基于内、外定标的方式对时间同步误差和相位同步误差进行估计，并利用同步误差估计值对雷达发射信号进行补偿以最终实现系统同步，仿真结果验证了所提同步方法的有效性。系统同步是实现分布式雷达全相参工作的前提，通过对分布式全相参雷达系统同步方法的研究，为实现系统全相参奠定了基础。3、为了适应