宽带高分辨RCS测量雷达的相关技术研究

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RCS测量是现代武器系统隐身研究的关键技术之一。测量系统的相关技术研究对进一步改善系统性能，提高测量精度，有非常重要的意义。本文针对宽带高分辨RCS测量雷达相关技术，首先论述了线性调频脉冲、频率步进和调频步进三种体制的宽带雷达信号处理技术；然后对频率步进体制RCS测量雷达及其关键部件—超宽带捷变频源和中频数字化单元的设计实现做了深入研究；在此基础上，提出了将现有频率步进体制RCS测量系统改造为线性调频脉冲体制和调频步进体制的思路，并作了初步探讨和仿真，取得了有应用价值的成果。具体内容如下：（1） 从线性调频脉冲、频率步进和调频步进三种宽带体制雷达的基本原理出发，研究了其参数设计相关约束条件，分析了目标运动对三种体制的宽带高分辨雷达一维成像的影响，给出了相应的运动补偿和参数估计方法。重点针对频率步进体制宽带雷达运动目标成像，提出了一种基于多组相邻脉冲组互相关分析的目标运动参数估计新方法，并首次引入了简化的ZFFT算法对目标运动参数估计值进行了细化分析，进一步提高了估计精度；仿真结果表明，该方法能准确估计目标的运动参数，经细化后，还可有效提高估计精度，并减小运算量。针对调频非线性对线性调频脉冲雷达的影响，作了理论分析、仿真和实际测试，实测结果与仿真结果相符。根据调频步进雷达单脉冲等效脉宽小的特点，讨论了采用距离拼接技术以获取目标完整一维距离像的方法，并作了仿真。此外，还比较了三种宽带体制雷达在信噪比、成像范围、目标运动适应性、基带信号带宽、数据处理方式及工程实现难点，为宽带高分辨雷达系统选择与设计提供了一定的参考。（2） 在简要讨论频率步进体制RCS测量系统常用的混频结构方案和新型的倍频结构方案的基础上，提出了基于这两种基本系统结构的多波段RCS测量系统方案，论述了其时序逻辑控制的设计与实现，给出了时序逻辑控制电路的硬件实物图。给出了一些频率步进体制RCS测量系统的半实物仿真测试结果、系统实物照片和对某直升机实际外场测量的一维成像结果，验证了频率步进体制RCS测量系统的实用性、有效性。根据外场固定场地实际测试所遇到的场外大尺寸背景物混叠污染目标距离像的题目，提出了基于新的跳频设计和基带滤波技术的解决方案。（3） 讨论了常规的频率合成技术优缺点，分析了DDS输出频谱结构，在此基础上，提出了一种基于DDS和直接频率合成技术的超宽带捷变频源设计新方法，介绍了该方法的系统方案设计和实现，并分析了其关键技术和性能指标，给出了其实物照片和实测结果。介绍了一种新型高水平的3GHzDDS芯片，给出了其设计开发的实际电路照片和实测结果，并对其扩展应用进行了初步探讨。（4） 针对模拟正交解调存在的直流偏置和幅相失衡题目，提出了中频数字化正交解调方案，给出了其电路实现实物和使用结果。在此基础上，为适应系统发展的需求，提出了一种高中频、高数据采集率的新型中频数字化正交解调方案，并讨论了其关键技术—基于多相结构的降频处理技术，给出了其高速A/D转换器相关性能实测结果。提出了一种新的I/Q正交本振产生方法，该方法以参考中频的倍频信号为中频数字化工作频率，直接NCO方式产生I/Q正交本振。该方法没有锁相过程，不给系统带来额外时延，有利于提高系统工作效率；相对其他方法，还减少了一个A/D采样芯片，能有效降低成本，简化电路，提高系统工作的可靠性。（5） 首次提出了将现有频率步进体制RCS测量系统改造为线性调频脉冲体制和调频步进体制的思路。给出了相关的系统改造方案和控制时序设计，比较了各改造方案的优劣及适用情况。针对系统的关键部件—超宽带捷变频源，分析了其对系统改造的影响，重点讨论了DDS产生的线性调频信号存在的非线性对改造系统的目标一维成像的影响，并作了相关仿真，给出了仿真结果。探讨了系统的另一个关键部件—中频数字化单元为适应系统变化而需进行的改造设计，给出了新的方案框图，并进一步讨论了以多相抽取技术降低调频步进体制改造对FPGA数字处理速度和结构复杂度要求的相关方法，给出了实现过程示意图。