分布式多雷达认知协同探测技术研究

来源 :国防科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaoerwj
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着单部雷达愈发突出的性能瓶颈及应对未来新型威胁时的困境,雷达探测体制正在从当前的单一雷达探测转向分布的多雷达协同探测。与单基地雷达相比,分布的多雷达可从空间、频率和极化等多个维度收集目标散射信息,理论上具备扩展雷达系统功能和性能的潜力。然而,多雷达协同的方式以及雷达自身参数的选择直接影响协同的性能。这就有必要针对变化的探测场景,对协同中的雷达进行自适应地调度,即实现智能化协同。实现智能化的可行思路就是模仿认知-决策闭环,即根据与探测场景“交互”的反馈(认知知识)来决策雷达的行为。受此思路启发,如何就具体的协同目的,设计“交互”和认知的方式及决策方案,特别是在考虑认知知识不确定时设计决策方案仍面临诸多挑战,同时也是未来雷达协同探测走向智能化迫切需要突破的技术瓶颈。在此研究背景下,论文着眼于未来分布式多雷达协同探测的长远发展,具体围绕智能化协同的两个方面:认知相参合成和认知资源分配展开深入研究,取得的研究成果包括以下几个方面:1.分布式多雷达认知相参合成原理及边界条件。分布式多雷达相参合成旨在以“积少成多”的思路获得增强的接收信号强度。针对此协同目的,先揭示多雷达相参合成内涵,即多雷达相参合成等同于调整各雷达收发时间和相位来校准雷达分置引入的去相参。在此基础上,就如何与目标进行“交互”以认知去相参校准值(相参参数),给出一般的相参参数的认知框架;然而,认知的相参参数总伴随着不确定性,故深入讨论以不确定的相参参数实现多雷达相参合成后,理论上可获得的性能得益上界。同时,还考虑了多雷达几何布置对相参合成性能的影响,并推导出在获得可观的或预期相参合成性能得益的前提下多雷达应满足的几何布置约束—信号相参性约束和相参参数可替代约束。2.分布式多雷达认知相参合成实现方法和处理流程。从所建立的认知相参合成基本理论原型出发,考虑更实际的认知相参合成场景下所面临的新问题,包括:多雷达发射的“交互”正交信号非理想时,估计的发射相参参数有偏或噪声易敏感的问题;不发射正交“交互”信号而发射相同相参合成信号时,发射相参参数不可认知的问题和“交互”目标运动时所认知的相参参数存在时间上的滞后问题。并就这些问题分别提出:面向峰值提取法的灵巧强抑制区间正交多相编码信号设计和普适的基于“干净”分离回波重建的解决方案,基于接收相参参数量测转化的间接认知方法和应对时间滞后性的发射相参参数预测方案。所研究的内容旨在解决如何在非理论原型场景下认知相参参数以实现相参合成及如何持续维持这种相参合成状态。进一步,综合所讨论的关键技术梳理出一种分阶段的认知相参合成处理流程,其有效性由一弹道导弹跟踪背景下的双雷达相参合成实例验证;3.分布式多雷达协同跟踪中的认知资源分配。资源分配的目的在于预见性地控制多雷达量测的产生来更好地执行协同任务。针对此问题,先从定位似然函数和Fisher信息矩阵(FIM)出发定性和定量地揭示影响目标的定位精度的要素,并推导协同定位最优性条件论证资源分配的必要性;在此基础上,设计分布式多雷达协同跟踪目标时的一般的认知资源分配框架,该框架的显著特征是通过引入虚拟量测的概念定义预测的条件克拉美-罗下界(PC-CRLB)作为可行分配策略的评估指标。由于PC-CRLB可以表征认知知识不确定条件下候选分配策略的未来响应,分配策略的决策对认知知识是稳健的。此外,为验证所提出分配框架的有效性,将提出的框架应用于不同背景下的驻留时间分配问题,并表明该问题可基于锥规划解决。
其他文献
量子计算是利用量子力学特性完成计算任务的新型计算技术,其对某些重要问题的求解性能远优于经典计算。量子优势又称为量子霸权1,代表量子计算的一种计算能力水平:在某些问题的求解上,可控量子计算设备能够实现超越所有经典计算机的性能。实现量子优势,意味着量子计算的计算能力从理论走到实证,是量子计算发展历程中的一个重要里程碑。量子优势的实现标准评估,即评估经典计算机在特定量子优势计算问题上的极限性能,是当前量
在现代信息化战争中,雷达作为主要的电子信息装备已成为决定战争成败的关键因素。自20世纪50年代以来,学者们逐渐意识到雷达目标的极化散射特性蕴含了丰富的目标姿态、尺寸、形状、材料等物理特征信息,充分利用该信息可有力提升雷达目标检测、抗杂波/干扰、目标成像和分类识别的能力。雷达目标的极化散射特性是目标的固有属性,该特性可通过极化散射矩阵(Polarization Scattering Matrix,P
对于航空等生命安全用户而言,导航系统的完好性是必须要考虑的一项指标。星基增强系统作为传统GNSS系统的“补丁”,能够对基本导航系统提供精度及完好性增强。电离层特性建模及完好性参数估计问题一直是星基增强系统(Satellite Based Augmentation System,SBAS)领域研究的重点。现有的SBAS电离层模型及增强参数估计都是基于美国本土区域数据展开的分析,其结果直接应用于北斗星
在现代计算机系统中,浮点数是实数使用最为广泛的近似之一,集成大量浮点运算的浮点程序作为基本运算模块为上层软件系统提供计算支撑。然而,浮点运算作为实数运算的近似,本质是不精确的,同时浮点运算也是非自包含的,导致浮点程序出现精度缺陷和浮点异常。由于浮点程序对应输入空间巨大,而触发精度缺陷和浮点异常的输入分布并无特定规律,导致精度缺陷和浮点异常难以检测。人工修复浮点程序中的精度缺陷和浮点异常也非常困难,
相控阵雷达具有波束快速切换的巨大优势而受到广泛关注,同时,结合数字波束形成技术的数字阵列雷达是未来的发展趋势。但是,相控阵雷达及数字阵列雷达的高成本限制了其快速推广及广泛应用。将切换天线阵列技术应用于雷达系统可以有效缩减发射端及接收端的通道数量,进一步降低数字阵列雷达硬件的成本、功耗及体积。对于静止目标,传统的数字波束形成算法及超分辨空间谱估计算法可直接用于切换天线阵列雷达实现角度估计。但是,对于
无人机系统是未来战争中进行信息对抗、信息窃取、实施火力打击的重要手段,其中惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)/全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的组合导航系统应用使得无人机具备了精确导航、制导与控制的能力。但是作为无人机必备导航部件之一的卫星导航系统却极易受到来自敌对力量的恶意干扰,很多国家将
现代战争中,无源定位技术是获取电子情报、掌握战场电磁态势的重要手段之一。传统两步定位法先估计定位参数,例如到达角、到达时差和到达频差等,再利用这些定位参数估计辐射源位置。相对于两步定位法,直接定位法(Direct Position Determination,DPD)不估计定位参数,实现了从原始采样信号到辐射源位置的一步估计,具有可对同时同频信号进行定位、无需参数关联、低信噪比下定位精度高等优势。
物理层安全是在无线通信信道中实现收发双方所传递数据达到信息论意义上安全的一个新颖而又极具吸引力的研究方向。与传统经典加密方式相比,物理层安全可以根据无线信道自身的固有特性而不是依赖于通信更高层的安全方案,达到扰乱窃听者接收质量的目的,从而确保通信安全。无线通信中利用多天线和多载波所提供的空域、时域和频域自由度,可以在提高通信信道性能的同时,削弱窃听信道性能。因此,本文主要讨论基于多天线和多载波的物
空间目标威胁评估、空间碎片碰撞预警、近地空间探测等多方面的应用都要求对空间目标进行精细化测量。雷达能够全天时、全天候获取空间目标的丰富信息,是空间目标监视和识别最为有效的技术途径之一。增大雷达发射和接收信号的带宽,结合适当的逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像技术,即可提升ISAR图像的分辨率。宽带雷达数字接收机能够对中频信号甚至射频信号
随着信息技术的飞速发展,新型无线通信设备呈现爆发式增长,用户对通信质量和服务体验的要求也不断提高。为同时支持更多用户并实现更高的数据传输速率,通信业务对带宽和频谱占用的需求越来越高,由此造成频谱资源匮乏的问题日益严重。认知无线电采用动态频谱接入技术,能够通过时域、空域和频域的多维复用极大地提升频谱利用率,从根本上解决频谱资源的稀缺与不足。为增强系统的鲁棒性与灵活性,认知无线网络一般采用分布式架构,