【摘 要】
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现代战场的电磁环境越来越复杂,电子战中对抗的双方都希望自己的雷达在能够有效探测对方雷达目标的同时,降低对方雷达侦察和截获自己的概率,来占据战争的主动权并获得更多的生存机会。因此,低截获概率(LPI)雷达信号已经广泛应用在现代雷达体制当中。在时频域而言,LPI雷达信号具有大时宽带宽的特点,这种特点可以降低雷达信号的峰值发射功率,甚至淹没在噪声中,这对侦察接收机的接收带宽和灵敏度提出了更高的要求。电子
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现代战场的电磁环境越来越复杂,电子战中对抗的双方都希望自己的雷达在能够有效探测对方雷达目标的同时,降低对方雷达侦察和截获自己的概率,来占据战争的主动权并获得更多的生存机会。因此,低截获概率(LPI)雷达信号已经广泛应用在现代雷达体制当中。在时频域而言,LPI雷达信号具有大时宽带宽的特点,这种特点可以降低雷达信号的峰值发射功率,甚至淹没在噪声中,这对侦察接收机的接收带宽和灵敏度提出了更高的要求。电子侦察接收机的主要作用是截获对方辐射源信号并提取其中的有用信息,以便采取应对措施。信号截获问题是侦察接收机在信号能量域、频域及空域等多维空间中与辐射源信号所在的空间重合的概率问题。不过,如果辐射源信号的带宽较宽,达到几GHz甚至上十GHz,针对如此宽的带宽,在当今主流的Nyquist采样中,模数转换器(ADC)成为许多实际工程应用的限制因素。这是因为ADC的数字带宽(即采样率)和模拟带宽(即直接数字化高RF频带的能力)限制了对宽带信号的侦收和采集,为此,研究人员提出了很多其他的采样理论和结构,如非均匀采样和一系列基于压缩感知(CS)的新型采样结构。本文对Nyquist折叠接收机(NYFR)截获的辐射源信号的信号检测和参数估计进行了深入研究,并且对基于多相滤波的侦察接收机结构进行了详细分析和实现。论文的主要工作如下:第2章分析了常见LPI雷达波形及其特性,然后针对LPI雷达信号大时宽带宽的特点,研究了宽带数字侦察接收机的典型架构。首先,借助模糊函数对常见LPI雷达波形的特性进行了分析(第2.2节)。其次,针对其大时宽带宽的特点分析了宽带数字侦察接收机的架构,对侦察接收机的要求和实现技术进行了探讨,并且将NYFR作为了本文理论研究的重点(第2.3节)。第3章详细介绍了NYFR的基本原理并且着重研究了NYFR输出信号的检测技术。首先,对NYFR的原型结构及其输出信号的形式进行了简要介绍(第3.2节)。其次,研究了NYFR其它改进结构(第3.3节)。然后,基于扩展Fourier变换对NYFR输出脉冲信号的时域波形进行了详细推导和分析,证明了NYFR不会影响雷达脉冲的上升沿和下降沿的时间位置,由此提出了两种NYFR输出信号的脉冲检测算法:基于迭代自相关和基于短时傅里叶变换(STFT)的NYFR输出脉冲检测算法,并对算法的性能进行了深入分析(第3.4节)。第4章首先针对NYFR截获的线性调频(LFM)信号,提出了两种信息恢复和参数估计方法,分别为基于随机抽样一致性(RANSAC)和基于粒子群优化(PSO)的信息恢复算法,当获得LFM信号的Nyquist区信息以后,可以去掉与Nyquist区相关的本振调制信息,然后借助Fr FT可以提高调频斜率的估计精度(第4.2节),在Fr FT估计调频斜率的过程中提出了一种Fr FT快速寻优算法(第4.3节)。接下来,针对频率编码(FSK)信号等超宽带信号频谱跨多个Nyquist区的情况,提出了一种改进的双通道NYFR结构,并基于此结构提出了一种基于STFT和匹配滤波的Nyquist区估计算法,效果良好(第4.4节)。第5章针对宽带侦察接收机实现技术和雷达信号的检测和实时信号处理技术进行了研究。首先,研究了基于多相滤波器的数字正交下变频技术,在实现过程中引入了一种无混频器的并行数字下变频(DDC)结构(第5.2节)。然后,研究了基于时域的宽带雷达信号实时检测技术,提出了一种基于mn法和差分盒(DOB)滤波器的脉冲前后沿实时检测方法,给出了检测门限的设置方法并且对其性能进行了详细分析(第5.3节)。接下来,研究了宽带雷达信号实时参数估计的方法,面对十分复杂的脉冲调制形式,提出了一种基于可编程逻辑门阵列(FPGA)的多帧快速傅里叶变换(FFT)流水测频的中心频率估计方法,并对其实现步骤及其需要注意的事项进行了详细描述(第5.4节)。然后,对上文提出的时域、频域参数估计方法进行了系统仿真以验证算法的可行性,并且利用实测数据对算法进行了验证,进一步证明了其在实际应用中的有效性和鲁棒性(第5.5节)。
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