雷达目标极化散射矩阵测量的新方法研究

作者:罗佳;王雪松;李永祯;肖顺平 刊名:信号处理 上传者:王瑛

【摘要】立足现有的单极化雷达,通过充分利用天线极化在空间并非一成不变而是空域指向的函数这一固有属性(简称"天线的空域极化特性"),提出了一种目标极化散射矩阵(PSM)测量的新方法。该方法无需两个极化通道,仅通过利用天线的空域极化特性以及对雷达接收回波进行处理,完成目标的PSM测量。首先分析了均匀矩形口径天线的空域极化特性;在此基础上,通过对天线扫描过程中多个接收回波的空域处理,导出了雷达目标PSM的估计方法,并详细分析了其估计性能;最后进行了计算机仿真,实验结果验证了算法的有效性。

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第 卷 第 期年 月 信 号 处 理 雷达 目标极化散射矩阵测量的新方法研究 罗佳 王雪松 李永祯 肖顺平 国防科技大学电子科学与工程学院 , 长沙 摘 要 立足现有的单极化雷达 , 通过充分利用天线极化在空间并非一成不变而是空域指向的函数这一固有属性 简称“天线的空域极化特性 ” , 提出了一种目标极化散射矩阵 测量的新方法。该方法无需两个极化通道 , 仅通过利用天线的空域极化特性以及对雷达接收回波进行处理 , 完成目标的 测量。首先分析了均匀矩形 一径天线的空域极化特性 在此基础上 , 通过对天线扫描过程中多个接收回波的空域处理 , 导出了雷达目标 的估计方法 , 并详细分析了其估计性能最后进行了计算机仿真 , 实验结果验证了算法的有效性 。 关键词 极化测量 极化散射矩阵 天线 空域极化特性 雷达 目标 中图分类号 文献标识码 文章编号 一 冷 一 一 一 一 、 一 , ,, 、 ,〔群 , , , , 一 一 一 ’ ’ ’ 〔 , , 此 即 , , ’ · , 〔 ‘ · 一 引言 雷达目标极化散射矩阵测量是多种雷达 目标识别方法的前提 ,也是雷达极化学领域的基础问题 。如何准确获取 目标的极化特性信息 ,并加以有效利用 ,长期以来一直是雷达探测技术领域备受关注的前沿问题 。现有全极化测量雷达主要分为分时极化测量和瞬时极化测量体制 。分时极化测量是通过在发射端轮流发射极化正交信号 ,在接收端同时对两个极化通道回波进行处理 ,这样经过两个相邻脉冲回波的处理 ,就可得到目标散射矩阵的估计 。瞬时极化测量是在两个极化通道同时发射时域近似正交的波形 ,接收端在两个极化通道上对回波进行匹配或失配接收 ,从而在一个脉冲周期内获得 目标 ,目前的全极化雷达均需要两个 极化通道 。根据天线理论 ,在给定频率和空间指向的远场区 ,天线存在着某一确定的极化方式 ,随着工作频率和空间指向的不同 ,天线辐射场的极化方式也有所不同 ’ ,, ,这意味着天线的极化是频率和空域指向的泛函 ,且与天线型式有关 ,天线极化在空间的这种变化特性称为天线的空域极化特性歌’一 。如果能通过充分利用雷达天线的这种空域极化特性 ,立足于现有的单极化雷达 ,通过对雷达接收回波进行处理 ,完成 目标的测量 ,将可以大幅度的降低生产成本和设备复杂度 ,具有重要的实际意义 飞 本文正是基于天线的空域极化特性 ,建立 了一种新的目标 测量方法 。首先对算法原理进行了分析 在此基础上 ,以均匀矩形 口径天线为例 ,建立 了具体的测量算法 ,进行了算法性能分析和相应的计算机仿 收稿 日期 年 月 日 修回日期 年 月 日基金项 目 国家自然科学基金重点项 目 ,装备预先研究项目 ,湖南省教育厅资助科研项 目 第 期 雷达目标极化散射矩阵测量的新方法研究 真 。仿真结果表明 本文讨论的目标 测量新算法是可行的。 均匀矩形口径天线的空域极化特性 天线种类繁多 ,但天线辐射源都可以找到一个等效口径 ,可用等效 口径上的场分布来近似求解源天线的场 ,而不必在乎天线的具体结构以及 口径分布的具体产生方法 ’ , 。由于许多天线都具有矩形 口径 ,本文以均匀矩形口径天线为例 ,讨论其空域极化特性 。在单站情况下 ,按照图 建立坐标系 , 币,亏 ,动构 成右手坐标系 ,可定义极化基为毋二人, 二云 即定义功和 分别作为水平 、垂直极化基人和云。 式中 ,以 沪, 二 沪为方 向图变量 月二 。勺俩为波的相位常数 ,。为角频率 ,二为介电常数 ,拜为磁导率 。 当 夕二 “ ,天线在方位面上旋转时 ,式

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