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随着军事科技的进步,在远程精确打击的思想指导下,战术弹道导弹、巡航导弹、激光制导钻地炸弹等各型精确制导弹药对现有的军事工程构成了严重的威胁,特别是各类隐身突防导弹,雷达和红外信号特征微弱,能在低空利用地面杂波和有利地形隐蔽飞行,防御系统难以探测和跟踪,拦截难度极大。现有的反导武器系统还存在明显的不足,在确保高价值重要目标生存方面还力不从心。采用末端超近程主动防护系统(拦截距离在300米以内)作为反导体系的最后一道屏障,可以有效消除该类威胁,实现重要军事目标的个体防护,构成中远程反导系统的有效补充。
本文针对当前超近程主动防护系统的迫切需求,对超近程主动防护系统雷达研制中涉及到的系统架构、波形设计、目标特征提取、多普勒容限扩展和FM干扰抑制等方面的关键技术进行了深入分析和研究,并进行了一些相关外场实验。同时,随着超低空突防和隐身技术的不断完善和应用,防护系统的反隐身问题已经成为亟待解决的问题。雷达组网是目前解决反隐身问题的有效途径之一,未来可以由多部雷达组网工作,对入侵的隐身目标实施多方向的探测和跟踪,形成超近程/近程主动防护系统。本文对正交组网雷达系统中的波形设计、多普勒容限扩展等关键技术也进行了深入的探讨。本文的主要工作包括以下几个方面:
1.针对超近程主动防护系统PRC-CW雷达运动目标特征提取和分类的要求,首先研究了分形理论在PRC-CW雷达中的应用,提出了基于GP算法提取目标相关处理后的回波关联维数作为目标的特征参数。其次基于目标多点散射模型推导了近程PRC-CW雷达回波多分量信号模型,在该模型基础上提出将运动目标的细微频谱结构作为该目标特征,并详细阐述了特征提取的方法,最后还利用改进BP神经网络进一步进行了目标分类的初步试验。
2.针对PRC-CW雷达在多目标环境下目标间存在距离旁瓣泄漏的问题,提出了基于CLEAN思想采用逐次消去的脉压-FFT处理方法,消除了强目标回波信号的距离旁瓣对弱目标回波信号的影响。其次考虑到伪码调相连续波信号属于多普勒敏感信号,出于探测高速目标的需要,提出了基于混合发射波形的多普勒容限扩展方法,消除了原有的多普勒容限的影响,使该体制雷达可以应用于近程高速目标的搜索和跟踪。
3.针对有源干扰中的压制性FM干扰分析了其信号形式及其对PRC-CW雷达相关检测的影响。然后针对FM干扰信号分别提出了三种FM干扰抑制方法,并对每种方法进行了仿真实验,分析了其抗干扰效果。三种方法分别是基于短时傅里叶变换和时变滤波的FM干扰抑制方法、基于自适应短时傅里叶变换和时变滤波的FM干扰抑制方法以及基于自适应短时傅里叶变换和瞬时相位估计的FM干扰抑制方法。其中,第一种和第二种方法适用于处理单分量和多分量强LFM、SFM干扰,第三种方法适用于处理单分量FM干扰。
4.研究了正交组网雷达系统正交多相码设计以及多普勒敏感性的抑制方法。分析了正交多相码的设计原理,阐述了基于模拟退火算法和贪心算法的混合优化设计算法,给出了设计结果。提出了一种一般代价函数的形式,增加了优化设计时多相码性能权衡考虑的空间。研究了正交多相码的多普勒敏感抑制方法,提出了两种方法:第一种方法将多普勒损失因素引入代价函数中,结果表明在相关性能相当的情况下多普勒不敏感性能有显著改善。第二种方法是采用混合发射波形的方法。