低截获概率雷达信号分析与检测.pdf

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：3.93M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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封面

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要工作与章节安排

第二章LPI雷达原理及其实现技术分析

2.1雷达的低截获原理

2.1.1雷达截获因子

2.1.2雷达截获因子分析

2.2 LPI雷达的实现技术

2.2.1功率管理

2.2.2低副瓣天线技术

2.2.3准连续波雷达体制、大时宽脉冲压缩技术

2.2.4采用宽波束发射和多路窄波束接收

2.2.5相参积累技术

2.2.6采用宽带编码扩谱发射信号

2.3本章小结

第三章LPI雷达信号分析

3.1线性调频(LFM)信号

3.1.1 LFM信号时域波形和频谱分析

3.1.2 LFM信号相关检测

3.1.3 LFM信号优缺点分析

3.2相位编码信号

3.2.1相位编码信号概述

3.2.2 m序列BC信号的产生及特点

3.2.3 m序列BC信号的波形和频谱分析

3.2.4二相编码信号多普勒敏感特性

3.2.5 m序列BC信号多普勒抑制

3.3 LFM与BC混合信号

3.3.1 LFM与BC混合信号概述

3.3.2 Baker序列

3.3.3 LFM-Baker混合信号的调制方式

3.3.4 LFM-Baker混合信号的脉压方式

3.3.5 LFM-Baker信号抗多普勒性能分析

3.4本章小结

第四章海杂波建模及其背景下的恒虚警检测

4.1海杂波特性分析

4.1.1海杂波的后向散射系数

4.1.2海杂波的统计特性

4.2 K分布海杂波的统计建模

4.2.1 K分布杂波模型

4.2.2基于统计模型的杂波建模方法

4.2.3相参K分布杂波模拟

4.3 IPIX雷达实测海杂波数据验证

4.3.1 IPIX雷达简介

4.3.2 IPIX雷达实测海杂波数据分析

4.3.3 IPIX雷达数据拟合验证

4.4基于统计方法的CFAR检测

4.4.1 LFM-Baker混合信号处理模块设计

4.4.2混合信号在海杂波中的CFAR检测

4.5本章小结

第五章总结与展望

5.1全文总结

5.2未来展望

致谢

参考文献

在读期间研究成果

西安电子科技大学硕士学位论文低截获概率雷达信号分析与检测姓名：裴进凯申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：姬红兵20090101

摘要摘要现代战场中电子对抗日益激烈，雷达的生存环境受到了多方面的威胁，包括电子干扰、电子攻击和反辐射导弹(删)等。因此，为了避免雷达信号被侦查接收机所截获，提高雷达在现代战场中的生存能力，研究并设计低截获概率雷达势在必行。本文从雷达截获因子的角度分析了雷达参数对实现其低截获性能的影响，并进一步讨论了低截获概率雷达的实现技术。其中，采用具有低截获性能的雷达信号是关键步骤之一。因此，本文着重对线性调频信号、二相编码信号和线性调频一二相编码混合信号三种比较典型的低截获概率雷达信号进行了分析，研究了它们匹配滤波的信号处理方式，并对其优缺点进行了比较。可以看出，混合信号的性能比较优越，它克服了线性调频和二相编码信号各自的缺点而兼具二者优点，是相对理想的低截获概率雷达信号。因此，针对混合信号，本文设计了一种具有正交解调和数字脉冲处理的雷达信号处理模块。为了分析该模块的信号处理性能，设计了一种基于统计方法的恒虚警概率检测方案，并对K分布海杂波进行了建模。在仿真的海杂波背景和给定虚警概率下，对该信号处理模块的处理结果进行恒虚警检测仿真实验。仿真结果表明，该雷达信号处理模块可以在很低的信杂比下达到较高的检测概率。关键词：低截获概率雷达线性调频信号二相编码信号混合信号海杂波恒虚警

AbstractAbstractElec仃0niccounterbecomeSincrcasinglyf；erceinmodemba位lefield’柚d也esurvivingenvironmentofradarhasbeenseriouslymenacedbymanyaspe鸥incIudeElecn．0nic访terference、Elecn．0nicattackingandAntiRad甜Missile(ARM)，etc．T．11us，t0escapetIleradarsignalf如mbeinginterceptedbyinterceptionreceiVer，锄dimproVethesun，ivabili锣ofradarillmodembattlefield，researching锄ddesigningLowProbabil耐ofInterceptionRadar(LPIR)isimperatiVeundermesituation．Tllee疏cttoimplementingradar’sLPIcapabiIitybyitsparametersis柚alyzed行omtheaSpectofinterceptionf．actorofLPlRinthispaper．Then，thetechniquesofimpIementingaLPIRarefartherdiscussed，inwhichapplyingtherad盯s追nalthatpossessLPIcharacterisoneofthekeyapproach．Therefore，t11r∞t)rpicaILPIRsignal鲫ch鼬LineFrequencyM0duIatc(LFM)signal，Bina秽Code(BC)signaI锄dLFM．Bal(eromnibussignal锄dtheirprocessingmethodofmatchedfilteringareresearchedemphaticallyinthispapIer，andtheiI．meritsanddemeritsarecompared．IlshowsthattIleperfo肌anceofomnibussignalispossessedofcomparatiVelypreponderance．ForⅡlcomnibussignal，aR刁LdarSignalProcessingModuIe(RSPM)thathasthefhnctionofpe叩endicuIardemodulationanddigitalpulseprocessingisdesigned，锄dtoanalyzetheperfomanceofprocessingsignaIbytheRSPM，aConstantFalseAlannRatiodetectionschemegroundedonstatisticalmethodisdesigned，卸dtheK．distributionseaclutterisalsomodeled．Undertllek屺k舀．0undofseaclu舶erwesimulated柚dgivenfalseal枷probabili劬tlleprocessingresultsoftheRSPMaredetectedunderCFAR．TheresuItofthesimuIationshowsthat，giVentheprobabili劬theRSPMcanattainve叫hi曲detectionprobabil时withlowSCR．Key、№rds：LPIRLFMBinaryCodeomnibusSignalSeeClutterCl：久R

西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：善塑选日期竺苹：!：Z西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅沦文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章…律署名单位为西安电子科技大学。(保密的论文在解密后遵守此规定)本人签名：导师签名f坪一缸岳日期埠!：2日期丝翌：么：Z．

第一章绪论第一章绪论1．1课题研究背景和意义雷达是一种利用电磁波对目标进行探测、定位以及跟踪的无线电探测装置，具有全天时、全天候和远距离探测的优点【l】。自二战期间在英国发明以来，雷达在军事上发挥着越来越重要的作用，被誉为现代国防“千里眼”。然而，随着科技的发展，现代战场电磁环境日趋复杂，各种反雷达措施曾出不穷，雷达的生存空间也受到了严峻的威胁和挑战【2】。目前，针对于雷达威胁主要来源于现代电子干扰、电子攻击以及反辐射导弹(削时田，并以删尤为严重【31。从近代发生的几场战争中可以看出，电子对抗越来越激烈，雷达与反雷达之间不断进行着拉锯战，此消彼长。在1961．1975年的越南战争期间，美军出动“B．52”等作战飞机数万架次狂轰滥炸，为了打击美军飞机，越南装备了近30个营的苏制“萨姆”第一、二代地空导弹。据不完全统计，在1964年8月至1968年11月间的4年时间里，美军损失了915架飞机，其中94．85％是被“萨姆．2”等地空导弹击落的。1972年12月18日，美军在越南实施地毯式轰炸，结果有30架“B．52”轰炸机被击落，其中29架是“萨姆．2”所为!而在1991年的海湾战争中，多国部队平均每天出动约2600架次的飞机，不仅每架战斗机上携带电子干扰设备，还出动了EA-6B电子干扰飞机100多架，进行远距离干扰支援，大大增强了空中突防能力。此次战役中，伊军的雷达几乎全部失效，找不到任何飞行目标。由于美军掌握了全面的制空权，法国的“响尾蛇”雷达根本没有机会连续开机搜索，因为那样很快就会被美军电子战飞机摧毁。据统计，在此次战争所损失了大量的雷达，其中60％是被AI洲所摧毁的。在1999年的科索沃战争中，由于电子战飞机的数量限制，南联盟防空部队用苏联和捷克共同研制的“维拉”雷达与“萨姆．3”防空导弹相搭档，将脱离了EA-6B保护的F．117A隐身飞机击落，打破了美国“F．117"无法被发现和击中的神话。这样看来，隐身兵器并非无懈可击，而是对电子对抗手段有着强烈的依赖性；但南联盟的雷达损失也相当惨重。据统计，科索沃战争中损失的雷达约占2／3，其中90％是由删所摧毁，另外幸存的l／3也是由于在战争后期不开机才幸免于难。由此可见，抗ARM技术已成为雷达生存与发展的关键。虽然雷达的抗A蹦技术有了一定的进展(例如，加装雷达诱饵，加装删告警装置，适时关机，采用雷达组网等)MJ，但其效果并不理想，对其他精确打击武器的防护也缺乏有效措施。为避免遭受敌方的电磁干扰或ARM等精确制导武器的摧毁，提升雷达“四抗”能力¨J，迫切需要发展雷达的隐身技术。现阶段，隐身雷达通常分为三类：被动雷

2低截获概率雷达信号分析与榆测达、外辐射源雷达和低截获概率(LPl)雷达。被动雷达要靠接收目标发出的电磁辐射来探测目标；外辐射源雷达利用第三方辐射信号经过目标散射后的回波来获取目标信息，因此虽然两者都具有一定的隐身性质，但同时也有较大的依赖性和局限性，只能作为现有雷达体制的补充。而LPI雷达【8以I】则不存在这种依赖性，这种新体制的雷达要求在有效探测跟踪目标的同时降低甚至避免被敌方侦查系统发现的概率，在本质上克服了为实现雷达自身隐身而带来的对其探测性能的束缚。实现雷达低截获性能需要综合利用多种技术，采用各种具有低截获性能的雷达信号形式来对抗电子侦查和干扰，是其中的重要一环。因此，如何对采用的雷达信号形式进行科学合理地评估，尽可能的提高雷达的低截获性能并且有效的避免敌方的电磁干扰，都是目前研究的重要课题。而雷达的探测目标存在于周围的自然环境中，环境对雷达电磁波也会产生散射，从而对目标信号的检测产生干扰，这就是所谓的杂波。相应地，对雷达性能和指标的测试，最有效和权威方法是采用外场测试，在真实的杂波和干扰环境中检测雷达的各项指标和性能。但是，这种方式将耗费大量的人力、物力和财力，并且易受天气状况的影响。而现代计算机技术和仿真技术的发展，则在一定程度上弥补了雷达系统检测以及评估缺少实地战场环境的缺陷。计算机仿真雷达所处的杂波环境，或者说应用环境，既可以描述实际现场的特点和行为，又能避免外场实验中必须付出的高昂代价，因此对雷达应用的杂波环境的仿真和模拟同样具有重要的现实意义。我国幅员辽阔，雷达是发展我国国防事业必不可少的装备。鉴于现代电子战的特点和雷达技术的发展方向，对低截获概率雷达信号的性能及其处理方法以及杂波环境下低截获雷达的目标检测可靠性能的研究，对提高雷达在日益复杂的战场的生存能力，加强我国现代化国防建设都具有重要意义。1．2国内外研究现状低截获概率雷达的理论探索始于20世纪70年代。1979年，Robert．GSiefI(er发表了文章“隐身雷达的截获”，为低截获概率雷达的研究拉开了序幕。1983年，英国伦敦大学的J．R．Forest发表的“低截获概率雷达技术”一文中首次引入了LPI雷达方程的概念【l21，并从低截获概率改善因子方面讨论分析了实现LPl的可行性。Forest将组成低截获概率改善因子的四项分贝数作了如下估计：雷达接收机天线增益比侦查接收机天线增益不高于20dB：雷达发射天线旁瓣增益-30dB；为了达到lool(Ⅱl的安全距离，雷达对从侦查接收机处反射回来的信号的处理增益(即双方带宽比分贝数和最小信噪比分贝数只和)至少达到60dB。按上述理论可计算出LPI雷达的实际作用距离不超过90km，换句话说，高的改善因子很难实现，而只能达到较低的截获概率。此时LPI雷达的研究一度陷入了低迷的状态。

第一章绪论LPl雷达在工程上的研究则始于上个世纪80年代。1982年，美国休斯公司研制出边扫描边跟踪寂静雷达(TwSQR)。这是LPI雷达史上第一个工程研制品。该款雷达为地空导弹武器系统设计的火控雷达，它具有以下特性：甚低旁瓣天线、宽带频率捷变、短的目标照射时问和低峰值功率。TWSQR能够在严重的电子干扰环境中工作，并具有一定的抗删性能。但是，并没有资料证明这款TWSQR雷达在作用距离上以达到LPI性能的要求，而是和雷达理论界的较低截获概率观点相吻合【13】。然而，在1986年底，美国休斯公司又研制出“Emerald”(翡翠)寂静雷达，并作为欧洲四国战斗机的投标雷达，它用事实证明了LPI雷达是可实现的120世纪在B．2隐身轰炸机上装配的就是EmeraId雷达，并显示出了其高昂的价值。据推测，Emerald就是休斯公司的原TwsQR在战斗机中的应用。在1988年，瑞典推出了“引航”(PILOT)船用导航雷达，该雷达采用线性调频连续波(LFMCW)，占空比100％，具有大的时宽带宽积，采用频率综合器使波束扫描更加灵活，并且可选4个载波频率，因而也具有很高的低截获性能。另外，以色列的EL／M．2140雷达也是一种LPI战场侦查雷达，该雷达是一种全相参脉冲压缩雷达，采用宽频带工作(X、Ku双频段，两端各有500MHz的可用带宽)、高增益低副瓣天线技术、扩谱技术，峰值功率很低。其在工作时可防止敌方ESM设备和反辐射导弹的探测和定位，是一款总体性能很高的LPI雷达。20世纪90年代初以色列ELl’A电子工业有限公司研制的EL／M．2140雷达采用一种高级的第三代系统，同时工作在(I，J)两个频段上，每个频段带宽超过500MHz。该雷达可防止敌方ESM和删的探测和定位，是一款具有低截获雷达信号特征的令相参雷达。到目前，ELl'A电子工业有限公司的EL／M雷达以发展到2208系列。我国在上世纪八十年代已经有随机信号雷达的试验，但由于条件的限制，当时的试验只限于近距离目标的探测上，并且结果不能达到理论上的低截获性能。这可以认为是低截获概率雷达的雏形，而低截获雷达的研究也随之如火如荼的展开来。目前，国内的电子工业部众多研究所、西安电子科技大学、国防科技大学、哈尔滨工业大学、南京理工大学、成都电子科技大学、国防科工委技术学院、航天部23所等单位都对LPI雷达技术及其侦查技术进行了研究。尽管目前我国低截获概率雷达理论研究和工程实践上都处于起始阶段，经过众多学者和科研工作者的不懈努力，也取得了一定的成就。南京理工大学先后实现了伪随机BPSK连续波雷达、随机BPSK连续波雷达、随机信号连续波等新型雷达体制。目前我国也装备了一些LPI雷达，如采用了伪随机二相编码准连续波与扫频单脉冲测角复合体制雷达，该雷达还采用了码型捷变、频点随机跳变功率管理以及单脉冲测角等措施，使其最大截获距离小于雷达的最大探测距离。

4低截获概率雷达信号分析与检测需要说明的是，在国内外LPI雷达研制当中，所采用的信号形式是实现其LPI性能的重要一环。本文将对三种典型的LPI雷达信号的性能其处理方式展开研究，并对其中较为理想的混合雷达信号在杂波环境下的检测性能进行仿真实验和分析。1．3论文的主要工作与章节安排实现雷达的低截获性能需要各种技术途径的互相配合，其中采用什么样的信号形式对实现雷达的低截获性能起到了至关重要的作用。本文对线性调频信号，二相编码信号和混合信号三种比较典型的低截获概率雷达信号进行了研究，详细分析了它们的特性、优缺点以及处理方式。分析表明，混合信号克服了LFM信号和BC信号的缺点而具有绣者的优点，是在一种相对理想的LPI雷达信号，本文针对混合信号设计了一种具有正交解调和数字脉冲处理的雷达信号处理模块。为了研究该模块在杂波环境下对目标信号的检测性能，模拟了相参K分布的海杂波环境，并在该杂波环境下，研究了雷达信号处理模块的检测性能，CFAR检测结果表明，该雷达信号处理模块具有较高的处理增益，可以在很低的信杂比环境下实现价高的检测概率。本文的章节安排如下：第一章：分析了现阶段LPI雷达的研究背景和意义，并介绍了国内外的研究现状。第二章：详细介绍了低截获概率雷达的概念，对截获因子进行了分析，并讨论了低截获概率雷j女在工程上的实现措施。第三章：对几，．．又型的低截获概率雷达信号进行了详细分析，包括线性调频信号(LFM)、二相编码信号(BC)和线性调频一二相编码混合信号(LFM—BC)，对这几种低截获概率雷达信号各自的优缺点及其处理方式进行了研究。第四章：仿真了K分布的海杂波数据，并与IPIX雷达实测海杂波数据进行了拟合；设计了一种基于混合信号的具有正交解调和数字脉冲压缩功能的雷达系统信号处理模块；给出了一种基于统计方法的恒虚警(CⅣ瓜)检测方案，并在K分布海杂波环境下对上述雷达系统信号处理模块的处理结果进行蒙特卡洛仿真实验。第五章：对几种典型的低截获概率雷达信号及其实现技术进行了分析总结，提出需要进一步的工作展开。

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