宽带雷达通信一体化波形设计与雷达成像方法研究

雷达与通信系统一体化可以实现电子资源的共享。提出并设计了一种宽带雷达通信一体化波形--随机调制线性调频步进信号,在实现雷达成像的同时实现数据通信。该信号充分利用现有的随机步进线性调频信号波形设计上的高度灵活性特点,以其子脉冲的载波频率调制通信数据,以子脉冲调频斜率的方向表示地址信息,实现了点到多点通信;分析计算了一体化信号下的信道容量、多址信号的正交性和接收机错误概率等通信性能指标;提出了随机化预处理方法来解决一体化信号在雷达成像中的问题,利用统计相关法实现宽带雷达的一维距离成像,提出并推导了部分参数对成像效果的影响。最后,从通信和雷达成像两方面仿真验证了该一体化信号的可用性和有效性。     

一种极化分集制导雷达及低截获概率信号设计

研究了一种基于极化分集阵列的主动式弹载相控阵雷达及其信号设计问题。阐述了该制导雷达极化分集阵列的设计思想和雷达系统结构;设计的雷达发射信号为：在脉冲内部采用线性调频或者相位编码脉冲压缩信号、在脉冲组之间采用时域波形和极化状态的同时捷变,采用脉冲压缩技术以实现高距离分辨率和探测距离,综合采用脉冲压缩技术和极化编码技术有效提高雷达的低截获概率性能,采用极化估值与检测技术提高雷达的抗干扰能力。建立了双极化发射信号的数学模型,论述了双极化回波信号的处理方法,仿真分析了其抗干扰性能。研究结果表明,该新体制制导雷达具有良好的抗移频干扰和延时干扰的能力,电子战性能更为优良。     

带限条件下雷达信号的超分辨处理方法

雷达的距离分辨率与发射信号的带宽成反比 ,要获得大的距离分辨率 ,必须发射宽带雷达信号。事实上 ,在雷达发射波形设计时 ,考虑到雷达的总体性能指标和工程上的可实现性 ,发射信号带宽是受限的。如何在有限带宽情况下提高距离分辨率是一个值得解决的技术难题。针对脉间频率步进雷达回波信号的特性 ,采用MUSIC(multiplesignalclassification)算法 ,实现了带限条件下雷达信号的超分辨处理 ,进一步提高了脉间频率步进雷达的距离分辨率。仿真实验证明了结果的正确性。     

一种NLFM-CPM雷达通信一体化信号设计

针对利用雷达信号调制通信信息提高雷达低占空比脉冲发射形式下的通信速率时,信号自相关旁瓣较高的问题,提出一种基于非线性调频(nonlinear frequency modulation, NLFM)信号的雷达通信一体化信号形式。首先,结合连续相位调制(continuous phase modulation, CPM)建立了NLFM-CPM一体化信号模型。然后,根据雷达自相关性能准则与分辨性能准则,在匹配滤波的处理方案下,分析了一体化信号的调制参数对雷达探测性能的影响。最后,分析了调制参数对通信性能的影响。仿真结果表明,该信号在不损失雷达主瓣能量、距离与速度分辨率以及兼顾通信可靠性的前提下,可实现低于-35 dB的自相关旁瓣。     

基于PRI捷变的雷达通信一体化共享信号设计方法

雷达通信一体化能有效提高频谱利用率, 减小电子设备体积, 是多功能综合一体化电子系统的主要研究方向之一。本文在随机脉冲重复间隔(pulse repetition interval, PRI)雷达的基础上, 提出一种新的基于PRI捷变的雷达通信一体化共享信号设计方法。通过改变发射信号的PRI, 将通信信息嵌入到发射信号中, 在雷达信号处理端, 引入压缩感知理论来完成方位向相参积累, 并实现对目标速度的超分辨估计; 在通信信号处理端, 通过检测脉冲的PRI来完成信息的解调。仿真试验表明, 所提方法在保证雷达探测性能的前提下, 可实现通信信息的稳定传输。     

基于高分辨距离像的MIMO雷达波形设计

波形设计关系到多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达目标检测和参数估计的性能,设计与目标高分辨距离像相匹配的发射波形可以提高雷达目标探测效果。在建立单站MIMO雷达模型的基础上,以最大化系统输出信号与干扰噪声比为准则,研究了波形设计的目标函数和约束条件,并在推导目标函数相位梯度的基础上提出了一种相位域恒模共轭梯度算法来解决该波形设计问题。仿真实验表明,由该算法设计的MIMO雷达相位编码信号可以在多次迭代后逼近理论最优波形的性能,该算法具有收敛速度快、性能稳定、运算量低的特点。     

认知雷达起伏目标检测

认知雷达通过对探测环境的感知实现对感兴趣目标的探测。考虑杂波和噪声中的起伏目标的认知雷达探测问题,建立从接收机到发射机的反馈支路,使得雷达与探测环境之间构成一个闭环;采用期望最大算法对探测环境中的目标参数进行估计;利用接收机获得的反馈信息,采用信杂噪比最大准则设计下一次迭代所需的发射波形。计算机仿真分析表明,采用了认知雷达闭环探测结构,可以有效增加探测环境信息获取的效率,因此相对于常规雷达而言,具有更好的探测能力。     

基于OFDM的雷达通信一体化波形模糊函数分析

在采用OFDM信号实现雷达通信一体化中,通信调制信息会影响一体化波形的模糊函数。针对此问题,结合基于OFDM的雷达通信一体化信号模型,给出了模糊函数的具体形式;讨论了通信调制信息对一体化信号模糊函数的影响;进而提出对通信信息进行预调制的方法,使同一脉冲不同OFDM符号间所调制的通信信息尽可能地具有优良的非周期自相关和互相关特性。理论分析和仿真实验表明,所提方法能很好解决一体化波形模糊函数对通信调制信息敏感的问题。     

软件化电离层探测雷达波形产生器的设计

讨论的电离层斜向返回探测雷达的波形产生器是以软件无线电理论为基本思想设计了一台通用短波及超短波雷达波形产生平台。波形产生器主要由DSP和数字上变频器构成,DSP作为主控制器设定数字上变频器的调制方式和输出波形。因此雷达能够发射调幅、调频、调相和各种复合调制信号,实现多种电离层探测方式,从而可以实时获得丰富的电离层探测数据。     

基于虚拟孔径投影的共形阵MIMO雷达发射波形设计

为了克服共形阵天线单元指向互异带来波形旁瓣高的缺点,该文以圆弧阵为例,提出一种基于虚拟孔径投影的共形阵多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)雷达发射波形设计方法。该方法首先对各阵元指向进行精确建模,并通过共形阵虚拟投影方法,获得规则虚拟投影阵列;其次向量化发射信号矩阵,将发射波形设计问题转为发射信号协方差矩阵降秩问题;最后通过log det heuristic 算法获得针对该虚拟阵列波形设计的凸优化数学模型,并利用凸优化工具箱对其求解。仿真结果表明,相较于现有方法,该方法能够对共形阵MIMO雷达设计更低旁瓣的发射波形。     

软件化多频地波雷达频率合成器设计

针对高频地波雷达海洋动力学参数多频探测的技术特点,提出了一种基于波形库的软件化多频地波雷达频率合成器实现方案,可以同时和分时产生多路脉内线性调频信号,各路信号形式、频率、初相、幅度等都独立可控,解决了雷达波形种类、幅相控制、捷变时间受限等问题,较大提高雷达系统性能;给出系统的硬软件实现方案.测试结果表明,该数字频率源的相位噪声在偏离载波1 kHz处达-112 dBc/Hz,满足高频地波雷达进行长时间相干积累对频率源稳定性的要求.     

新的互补序列在雷达通信一体化中的应用

雷达通信一体化能有效整合系统射频资源, 可利用射频前端同时实现目标探测和通信。针对一体化中存在的随机通信数据引起的高距离旁瓣及严重的回波遮掩性问题, 提出了一种基于离散傅里叶矩阵循环扩展的互补码构造方法, 设计了一种新的基于完全互补码的雷达通信一体化方案, 该方案采用扩频多载波信号形式。理论分析和仿真结果表明, 所提出的信号设计方式能够获得低距离旁瓣, 有效地解决近距离探测的问题, 又可以满足通信多用户传输的需求, 符合基于信号共享的雷达通信一体化设计要求。     

一种高分辨率雷达视频信号模拟器

首先分析了不同距离高分辨宽带雷达信号波形的回波模型。针对其中的调频步进距离高分辨雷达信号这一特殊信号形式，提出了一种基于ADSP2106X的雷达视频信号模拟器。该模拟器能够实时模拟调频步进宽带单脉冲雷达三通道I、Q信号，并具有角支路闭环功能，已成功地应用于某雷达系统的测试和调试中。     

毫米波宽带雷达相位误差校正方法研究

为了有效解决相位误差对于步进频信号合成高分辨的影响,在分析步进频雷达相位误差来源的基础上,提出了一种相位误差校正方法。理想情况下,频率步进信号为相参信号,脉冲间的相位具有线性关系,相邻脉冲间的相位差恒定。随机相位误差的存在,破坏了频率步进信号的相参性,导致合成高分辨结果旁瓣峰值电平提高,噪声基底抬高。合成高分辨前,利用相邻脉冲接收信号相位差与均值的差值对采样信号进行相位补偿,可以一定程度上校正相位误差对步进频信号的影响。对仿真数据与实测数据的处理结果表明,该方法可有效提高频率步进体制雷达的检测性能。     

利用空时二维编码抑制MIMO雷达波形互相关能量

分析了常规时域编码信号用于多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达发射信号无法获得良好的波形分集性能.提出了将空时二维编码技术用于MIMO雷达发射波形设计,理论分析得出该技术能有效抑制波形的互相关能量,提高回波信号的信杂比,可获得良好的波形分集性能,并分析了空时编码技术...     

频率选择信道下STBC-OFDM信号盲识别

针对多输入单输出(multiple input single output, MISO)通信系统的空时分组编码正交频分复用(space-time block codes-orthogonal frequency-division multiplexing，STBC-OFDM)信号盲识别问题,提出了一种基于四阶统计量的盲识别算法。该方法首先对MISO通信系统的STBC-OFDM信号进行建模;然后利用STBC-OFDM信号编码矩阵的相关性,构造了不同时延向量下接收信号OFDM块的时延四阶矩作为特征函数;最后通过时延四阶矩理论值与实验值的最小欧式距离盲识别发射端STBC-OFDM信号的编码方式。该方法不需要信道系数、噪声信息和调制信息等先验信息,适合非合作通信场合。仿真结果表明，所提出的算法即使在低信噪比(SNR=0 dB)下识别效果接近100%,且对载波频偏、时间同步偏差和多普勒频移不敏感,实用性较强。     

基于SVD的通信信号背景下脉冲波形和初相估计

雷达侦察接收机往往侦察到的是通信和雷达脉冲的混合信号，如何从通信信号背景中有效提取出雷达脉冲波形，是现代雷达信号处理领域中的重要内容。针对这一问题，提出了一种基于奇异值分解的通信与雷达混合信号中脉冲波形估计算法。该算法通过对信号观测矩阵的奇异值分析和协方差矩阵的特征值分析，证明了观测矩阵的奇异值分解具有稳定性，并且奇异值分解能够最佳近似观测信号的线性特征，给出了一种利用左右奇异向量估计脉冲波形及其相对初相的方法。本文的算法适用于任意脉冲波形，并且能够在较低信噪比环境下估计脉冲信号波形和相对相位，仿真结果证明了算法的有效性。     

准连续波体制雷达波形设计与参数选择

在分析相位编码准连续波雷达回波遮挡问题的基础上,提出了一种长短码结合载波频率随码型同步交替切换的波形设计思路和基于回波遮挡率的波形参数计算方法。不仅能够解决近距离回波严重遮挡的问题和实现对远近目标的同时探测,而且有效地增加了信号的工作带宽和提高了发射信号波形的复杂程度,增强了信号的电子反干扰能力（electronic counter countermeasures, ECCM）,降低了信号的被截获概率。     

水下跳频通信系统的建模与仿真

水声信道是较为复杂的数据通信信道,为了满足水下安全可靠通信和组网的要求,提出了一种基于跳频技术的水下通信系统方案,建立了系统仿真模型和多径Rayleigh衰落水声信道模型。方案中采用了FH/MFSK调制技术,自适应跳频序列控制,信道纠错编码分别采用RS,卷积码,接收机采用空间分集,跳频序列控制的可控滤波器组以及基于周期图谱分析解码,并通过仿真研究比较了这些技术在水下多径信道中对系统性能的影响。结果表明采用该模型的通信系统水下跳频系统的具有很强稳健性,可以在低信噪比下具有良好的误码率性能。     

毫米波调频步进雷达复合测速方法

毫米波调频步进体制雷达是一种重要的距离高分辨率雷达,运动补偿是其实现距离高分辨的核心技术。针对调频步进体制雷达的运动补偿问题,提出了三种复合测速方案：脉组间调频步进复合、脉组内调频步进复合及脉冲多普勒与调频步进复合方案,并对这三种方案的可行性和应用场合进行了分析,给出了一种可满足应用条件的复合测速方案,即脉冲多普勒信号与调频步进信号交替发射的复合测速方案,针对该方案给出了具体的参数设计与约束条件。仿真结果表明,该方案测速精度高,抗噪性能好,计算量小。