文档介绍：西北卜业大学硕位论文
北业大学顿士学位论文第一章绪论
第一章绪论
县本论文的研究目的和意义
氏期以来,阵列高分辨多目标定向技术一直在许多科研领域中得到人们
的普遍关注与重视。该项技术的突破对声纳、雷达、地质勘探、生物医学工
程等多项国防和民用建设领域均具有重要意义。尤其是对水下多目标方位高
分辨率的精确估计,更是日前加强海防、进行海洋开发迫切需要的一项关键
性技术。
目前,我国许多水下目标探测及制导系统都急需高分辨目标方位估计技
术来提高其技术性能。例如,在鱼雷自导系统中,由于鱼雷体积的限制,雷
头基阵不可能通过无限制的增加阵元个数来增大阵列孔径,以达到提高分辨
能力的日的。所以自导鱼雷就急需引入分辨能力更高的多目标方位估计方
法。再例如,潜艇为了自身的安全和隐蔽最希望以被动方式进行目标探测。
目前使用的有限阵列孔径被动多波束声纳系统,分辨率低,定向误差大。因
此,对多目标高分辨方位估计技术的需求更加迫切。还有,实现雷达对低飞
目标的跟踪及低仰角跟踪是雷达信号处理中的研究热点。而其技术上的难点
就是如何让雷达在低仰角跟踪时高分辨地估计目标方位。雷达跟踪处于水平
面一个天线波束宽度内的低飞目标时,对于多径信号造成的跟踪困难,主要
有两种措施可以解决。第一种是增大天线的物理孔径或工作频率以提高天线
的角分辨率,从而在天线接收过程中抑制掉多径信号。但加大物理孔径会受
到实际条件的限制,而提高工作频率则难以使雷达全天候工作。所以这一措
施在通常意义下往往不适用。第二种措施是应用信号处理的高分辨方法将回
波方向与多径回波方向同时估计出来,以实现开环跟踪。因此,阵列高分辨
多目标方位估计技术也是解决雷达低仰角跟踪的有效途径。
在现有的声纳、雷达等系统中,测向或定向设备一般是多波束系统,方
位估计通常采用基于波束形成的方法,而且一直沿用至今。阵元域高分辨方
法均是直接利用阵列输出数据进行方位估计,经过近几十年的研究,在理论
仁己经取得了很多突破,出现了许多实现简单、分辨能力强的方法,但是这
些方法一直未在实际系统中得到广泛应用,究其原因,除了传播信道的复杂
性外,主要包括以下几个方面〔
声纳、雷达中的多波束系统由于在信号处理前级预先形成波束,而要应
用阵元域高分辨方法就必须在很大程度上改造现有的软、硬件系统,甚
至重新研制新系统。
高分辨方法的运算量普遍大于常规方法。波束形成法运算量小,易于实
时实现,而多数阵元域高分辨方法都存在特征分解过程,其运算量随阵
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西北工业大学十学位论文第一章络论
元数目增大而呈立方关系‘曾比即计算复杂程度为
波束形成法对相关和不相关信号的情况均适用,在低信噪比的条件下仍
卜分有效,应用范围广,而阵元域高分辨方法则要求具有较高的接收基
阵输入信噪比,同时许多高分辨方法的估计性能会由于目标信号之间的
相关性而严重下降。
波束形成法的稳健性较高,对各种误差的敏感性较低,然而多数高分辨
方法是建立在理想的数学理论模型基础之上的,当存在系统误差或模型
失配时,这些方法本身的优势难以发挥出来,并且上述误差无法通过增
加快拍数的方法来加以抑制。
近些年来,针对上述出现的问题,国内外学者在探索新理论、新方法的
同时,在高分辨方法的实用性方面进行了广泛研究,并取得了一些成果,使
高分辨方法在运算量、稳健性、实用性、解相关等方面逐步向着工程应用的
方一向发展。
针对当前利用水下阵列进行水下多目标探测和利用天线阵列进行雷达信
号处理中的多目标方位估计这一应用背景,考虑到高分辨方位估计的工程应
用,本文在国家“十五”重点预研项目的资助和支持下,对阵列信号处理中
迫切需要的、有很大应用前景的波束域高分辨方位估计技术进行了研究。
高分辫方位佑计技术的发展
最旱出现的基于阵列信号处理的方位估计方法是常规波束形成法。该方
法利用的阵列是均匀分布线列阵,这样的阵列的分辨率取决于阵元的个数和
阵元间的距离。对于远场中的两个点信号源,只有当它们的角度间隔大于基
阵孔径时才能被分辨出来这就是瑞利准则。因此在常规波束形成法下,
要想提高对目标方位的分辨率就只有增加阵列中的阵元个数或是增大阵元
间的距离,从而增大阵列的有效孔径。但实际应用中阵列的尺寸总是要受到
许多因素的制约而不能做得很大。并且,增加阵元个数往往会提高阵列制作
的成本,而增大阵元间距又可能引起空间谱混叠。这些都决定了常规波束形
成法的分辨率很低,要受到瑞利准则的限制。
为了提高多目标方位估计技术的分辨率,在年提出了最大嫡谱
法,在年提出了