《雷达杂波特性分析与自适应杂波抑制技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《雷达杂波特性分析与自适应杂波抑制技术研究（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、湖南大学 硕士学位论文 雷达杂波特性分析与自适应杂波抑制技术研究 姓名：许广廷 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：易波 20070514 硕士学位论文 I 摘 要 雷达是利用物体对电磁波的反射、散射特性来发现目标，并测量它在的空间 位置。在各种雷达的工作环境中，如陆地、人造建筑物、鸟群、云雨、飞机、导 弹、卫星等都会产生雷达回波。有些物体或背景是感兴趣和希望观测的，称为目 标，有些是需要抑制的无用信号，称为杂波。由于杂波伴随着雷达目标信号一起 进入雷达接收机，且强度通常比目标信号大几十 dB，对雷达目标检测造成了很大 的困难。因此，对杂波特性进行分析、建模、仿真，并研究先进的
2、杂波抑制方法 来抑制杂波意义重大。 本文首先简单阐述了雷达系统基本概念，并对雷达杂波抑制技术作了简单的 介绍。然后分析了雷达杂波的幅度分布和功率谱特性，阐述了两种最典型杂波仿 真方法，利用无记忆非线性变换法对相关的雷达杂波进行仿真分析。在此基础上， 本文针对自适应动目标显示技术进行深入研究，介绍了其工作原理和实现方法， 其中主要介绍了自适应滤波方法。接着通过对现有基于最小均方准则的变步长自 适应滤波算法总结分析，提出了一种优化算法。优化算法可根据瞬时误差和输入 信号来调整步长因子，使算法不仅能保持较高的收敛速度和跟踪性能，还可在输 入信号变化情况下，保证较小的稳态误差。在仿真实验中，通过与现有
3、算法的比 较，发现优化算法在输入发生大的改变时，还能迅速收敛，并获得了较小的稳态 误差。最后针对目前的状况，讨论了本课题今后进一步的研究方向。 关键词：杂波分析；杂波抑制；自适应滤波；变步长；LMS 雷达杂波特性分析与自适应杂波抑制技术研究 II Abstract Radar is used objects on the reflection of electromagnetic waves, scattering characteristics to identify targets and to measure its position in space. Radar in various
4、 work environments, such as land, artificial structures, the flock, sexual intercourse, aircraft, missiles, satellite will have a radar echo. Some of the objects or background is interested and hoped to be observed, known as targets, and some of them need to be suppressed, known as clutter. As the c
5、lutter along with radar target signal entered the radar signal receiver, and its strength is usually stronger than the target signal scores of dB. It causes great difficulties in radar detection. Therefore, the clutter characteristic analysis, modeling, simulation, and research on advanced clutter s
6、uppression methods to suppress clutter significant are of great importance. This paper briefly discusses the basic concepts of radar systems, as well as radar clutter suppression technology with a simple presentation. Then it analyzes the range and distribution of power spectral characteristics of t
7、he radar clutter and the two most elaborate typical clutter simulation methods. It also contains the analysis of the radar clutter simulation using ZMNL. On this basis, this paper discusses the adaptive moving target indication technical in-depth and the study on the working principle and its implem
8、entation, which mainly discusses the adaptive filter. Based on the review and analysis of the existing the minimum mean square of the variable step size adaptive filtering algorithm, this paper presents an optimization algorithm. The optimization algorithm can take instantaneous error and the input
9、signal as step adjustment factor. It can not only maintain a higher rate of convergence and tracking performance, but also guarantee the smaller steady-state error as the change of the input signal. According to the simulation experiments with the existing algorithm, the step size of the optimizatio
10、n algorithm convergence quickly and maintain the steady-state error is smaller when the input signal changes suddenly. Finally, this paper discusses the subject of future research directions according to the current situation. Key Words: clutter analysis; clutter suppression; adaptive filter; variab
11、le step-size; least-mean-square 硕士学位论文 III 插图索引 图 1.1 雷达原理框图及其基本组成 .1 图 2.1 不同瑞利参数下的概率密度分布曲线（w = ） .9 图 2.2 不同参数下对数正态分布概率密度函数曲线（参数为 ，0=）.10 图2.3 不同参数下韦布尔分布概率密度函数曲线（p为参数，1q =）11 图2.4 外部模型.13 图2.5 SIRP模型原理图.14 图2.6 球不变矢量有闭合表达式时仿真框图14 图2.7 球不变矢量没有闭合表达式时仿真框图14 图2.8 ZMNL方法原理图.15 图2.9 对数正态分布杂波产生框图.16 图2.1
12、0 对数正态分布杂波实际概率密度曲线与理论概率密度曲线比较16 图2.11 对数正态分布杂波功率谱密度与理想高斯谱曲线比较17 图2.12 韦布尔分布杂波产生框图.17 图2.13 相关韦布尔分布杂波实际概率密度曲线与理论概率密度曲线比较18 图2.14 相关韦布尔分布杂波功率谱密度与理想高斯谱曲线比较18 图2.15 K分布杂波产生框图.19 图2.16 K分布杂波实际概率密度曲线与理论概率密度曲线比较.20 图2.17 K分布杂波功率谱密度与理想高斯谱曲线比较20 图3.1 非递归一次相消滤波器23 图3.2 非递归二次相消滤波器23 图3.3 递归一次相消滤波器23 图3.4 递归二次相
13、消滤波器23 图3.5 非递归FIR 24 图3.6 并行滤波器方法自适应杂波抑制框图25 图3.7 基于谱估计的自适应杂波抑制方法框图25 图3.8 线性最佳滤波器27 图3.9 延迟形式的Wiener滤波器结构图28 图3.10 自适应横向滤波器结构框图.29 图3.11 横向LMS算法信号流图.31 图3.12 横向RLS算法信号流图.33 图3.13 格型结构滤波器的递推结构图.34 雷达杂波特性分析与自适应杂波抑制技术研究 IV 图4.1 自适应滤波原理图37 图4.2 实验一中各算法性能曲线.43 图4.3 实验二中各算法性能曲线.44 湖湖 南南 大大 学学 学位论文原创性声明学
14、位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采
15、用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 硕士学位论文 1 第 1 章 绪 论 1.1 雷达系统概述 1.1.1 雷达系统基本概念及功能 “雷达”一词是英文Radar(Radio Detection and Ranging)的英译，意思是“无 线电探测和测距” ，即通过无线电波对目标进行参数测量的设备。雷达可以用来测 量目标的方位、仰角、速度、距离，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。 一部雷达通常包括发射机、接收机
16、系统、显示器、天线、收发转换开关、天 线伺服系统、电源等部分。图1.1为雷达的原理及基本组成图。 发射机 天线 收发转换开关 目标 R 接收机 显示器 信号 处理机 噪声 图 1.1 雷达原理框图及其基本组成 雷达的基本功能如下： （1） 测量目标的斜距离； （2） 测量目标的角位置； （3） 测量运动目标的相对速度； （4） 分辨目标的形状和尺寸等。 1.1.2 雷达系统分类 雷达的分类方法多种多样，既可按照某战术用途分类，也可以按其采用的体 制和技术来分类。从体制和技术上来分，雷达可以分为脉冲雷达、连续波雷达、 脉冲压缩雷达、脉冲多普勒雷达、捷变频雷达、单脉冲雷达、圆锥扫描雷达、隐 蔽锥扫雷达、相控阵雷达等。按战术用途分类，雷达可分为以下几类： （1）战略预警雷达 战略预警雷达主要包括地面远程警戒雷达和空中预警机雷达。地面远程警戒 雷达主要用于探测来袭的飞机或导弹，为防空武器拦截提供较长的预警时间。其 雷达杂波特性分析与自适应杂波抑制技术研究 2 最大作用距离可达400km以上，高频超视距雷达可达1000km以上。目前地
