全極化雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)與參數(shù)估計(jì)方法研究.pdf

1、極化信息的獲取和利用對(duì)提高雷達(dá)目標(biāo)的檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)性能具有重要作用，在氣象觀測(cè)、對(duì)地遙感偵察和防空反導(dǎo)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，信息技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)極化雷達(dá)快速發(fā)展，表現(xiàn)在：一方面，雷達(dá)天線技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)的發(fā)展催生了具有收發(fā)極化優(yōu)化能力的全極化雷達(dá)。另一方面，信息測(cè)量手段的提高和信息來(lái)源途徑的多樣化使得人們能夠掌握目標(biāo)和環(huán)境的部分先驗(yàn)信息，發(fā)展基于知識(shí)輔助的自適應(yīng)雷達(dá)系統(tǒng)。若能有效利用目標(biāo)和環(huán)境的先驗(yàn)信息，同時(shí)對(duì)雷達(dá)波形和收發(fā)極化方

2、式進(jìn)行優(yōu)化，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的“匹配照射”，獲取比傳統(tǒng)極化雷達(dá)更好的目標(biāo)檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)性能。為此，亟需發(fā)展新的信息獲取方法和測(cè)量體制條件下的信號(hào)處理技術(shù)。本論文面向全極化雷達(dá)系統(tǒng)，以波形自適應(yīng)設(shè)計(jì)和收發(fā)極化優(yōu)化為手段，通過對(duì)目標(biāo)和環(huán)境信息的有效利用，深入研究了雷達(dá)目標(biāo)的檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)方法，并利用目標(biāo)的暗室測(cè)量數(shù)據(jù)和雜波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)研究成果進(jìn)行了驗(yàn)證，主要研究成果包括：
　　在目標(biāo)檢測(cè)方面，針對(duì)目標(biāo)、雜波先驗(yàn)信息部分已知和完全未知兩種情

3、形，分別研究了基于收發(fā)極化優(yōu)化的信雜噪比改善方法和目標(biāo)檢測(cè)算法。
　　1.針對(duì)目標(biāo)和雜波先驗(yàn)信息部分已知的情形，基于廣義分式規(guī)劃理論，設(shè)計(jì)了一套發(fā)射波形和接收濾波器組迭代優(yōu)化算法。該算法以濾波器組（其中每個(gè)濾波器對(duì)應(yīng)某一特定視線角）輸出最小信雜噪比為優(yōu)化準(zhǔn)則，同時(shí)要求發(fā)射波形滿足功率約束和相似性約束條件，優(yōu)化的目的即最大化這個(gè)最小信雜噪比。在性能分析環(huán)節(jié)，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了算法的有效性，系統(tǒng)分析了雷達(dá)視線角不確定范圍、濾波器規(guī)模等

4、因素對(duì)信雜噪比的影響，并對(duì)比了該算法與現(xiàn)有典型算法間的性能差異。分析表明，發(fā)射波形和接收濾波器聯(lián)合優(yōu)化的全極化雷達(dá)較波形固定的傳統(tǒng)極化雷達(dá)、發(fā)射波形和接收濾波器聯(lián)合優(yōu)化的單極化雷達(dá)均有顯著的輸出信雜噪比得益；而在整個(gè)視線角不確定區(qū)間內(nèi)，本文的濾波器組方法較現(xiàn)有全極化發(fā)射波形和濾波器聯(lián)合優(yōu)化方法表現(xiàn)出更平穩(wěn)的信雜噪比性能。
　　2.針對(duì)目標(biāo)和雜波先驗(yàn)知識(shí)均未知的情形，建立了發(fā)射極化可變的矢量測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，基于廣義似然比檢測(cè)方法

5、提出了一種非高斯雜波背景下目標(biāo)的極化檢測(cè)算法。從理論上推導(dǎo)了該檢測(cè)器的檢測(cè)性能表達(dá)式，指出了它的恒虛警屬性以及發(fā)射極化矢量與檢測(cè)性能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。設(shè)計(jì)了矢量測(cè)量條件下的性能分析實(shí)驗(yàn)，對(duì)非高斯雜波背景下的低速目標(biāo)檢測(cè)場(chǎng)景，該檢測(cè)算法比另外兩種典型極化檢測(cè)器的抗雜波非高斯性更強(qiáng)；給定虛警概率條件下，該算法較上述兩種檢測(cè)器的檢測(cè)性能更好，接近目標(biāo)和雜波參數(shù)已知的最優(yōu)極化檢測(cè)器。比較了極化方式優(yōu)化與極化方式固定系統(tǒng)間的性能差異，結(jié)果表明，在給

6、定虛警概率條件下，經(jīng)極化優(yōu)化后的測(cè)量系統(tǒng)比傳統(tǒng)極化雷達(dá)具有更好的檢測(cè)性能。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)比了矢量測(cè)量與標(biāo)量測(cè)量方式間的檢測(cè)性能差異，結(jié)果證實(shí)，經(jīng)發(fā)射極化優(yōu)化的矢量測(cè)量系統(tǒng)和收發(fā)極化聯(lián)合優(yōu)化的標(biāo)量測(cè)量系統(tǒng)間的檢測(cè)性能相當(dāng)。
　　在目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方面，在建立標(biāo)量測(cè)量系統(tǒng)的模型基礎(chǔ)上，以目標(biāo)散射矢量估計(jì)的均方誤差為優(yōu)化準(zhǔn)則，給出了基于收發(fā)極化優(yōu)化的目標(biāo)散射矢量最優(yōu)估計(jì)問題的數(shù)學(xué)形式。對(duì)于如何求解該優(yōu)化問題，指出并證明了美國(guó)華盛頓大學(xué)

7、學(xué)者J. Xiao方法的錯(cuò)誤，隨后提出了一種基于序貫估計(jì)的收發(fā)極化聯(lián)合優(yōu)化算法。該算法具有多項(xiàng)式級(jí)計(jì)算量，隨著序貫次數(shù)的增加，經(jīng)收發(fā)極化優(yōu)化后的估計(jì)誤差單調(diào)遞減并收斂于穩(wěn)定點(diǎn)。進(jìn)一步將該極化優(yōu)化方法推廣至矢量測(cè)量系統(tǒng)，并給出了相應(yīng)的發(fā)射極化優(yōu)化流程。數(shù)值仿真方法和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析均表明，為取得同一估計(jì)誤差，聯(lián)合收發(fā)極化優(yōu)化標(biāo)量測(cè)量對(duì)信雜噪比的要求<發(fā)射極化優(yōu)化標(biāo)量測(cè)量系統(tǒng)<收發(fā)極化方式固定的標(biāo)量測(cè)量系統(tǒng)；而經(jīng)發(fā)射極化優(yōu)化后的矢量測(cè)量系統(tǒng)和收