基于非均匀子阵划分的MIMO雷达阵列设计研究

本文提出一种非均匀子阵划分的MIMO雷达阵列设计方法,其不但具有和均匀子阵划分的MIMO雷达（也称为相控阵-MIMO雷达）相同的优势—能同时获得相干处理增益和波形分集增益;并且,不同孔径的子阵使子波束的形成更加灵活;更大的子阵孔径给发射端提供了额外的自由度。 理论分析表明,与相控阵-MIMO雷达相比,采用常规波束形成,当干噪比比较低时,所提的非均匀子阵划分的MIMO雷达的输出信干噪比（SINR）更高。仿真实验也证明了上述理论分析的正确性,并表明所提的非均匀子阵的划分方法可以获得更低的副瓣电平。在最小方差无畸变响应波束形成下,零陷更深,输出SINR更高并且抗干扰能力更强。     

混合MIMO-相控阵雷达目标高分辨成像

为了兼顾相控阵雷达成像和多输入多输出雷达成像的优势，提出一种基于混合MIMO-相控阵技术的多目标高分辨成像方法。将传统MIMO雷达中的每个单阵元发射天线都用一个工作在混合MIMO-相控阵模式的发射阵列（TA）来代替，每个TA根据目标数量和目标方向划分为多个子阵（SA），每个SA内部阵元工作于相控阵模式并形成指向某个方向目标的发射波束，而各个SA之间发射彼此正交的波形，从而工作在MIMO模式。对各SA的回波信号进行波束形成处理以获得更高的信噪比和信干比增益。在此基础上，结合字典优化、正交匹配追踪和参数化稀疏表征方法，分别提出单次快拍高分辨成像和多次快拍高分辨成像方法。仿真结果表明:所提方法能够获得更好的成像性能和成像实时性。     

集中式多输入多输出雷达等效阵列增益推导

为便于分析集中式多输入多输出雷达性能,给出了一种集中式MIMO雷达等效阵列增益的近似推导.分析了集中式MIMO雷达阵列处理输出信号相对于匹配滤波器输出信号的信噪比提高因子,推导了SISO雷达和MIMO雷达阵列输出信号的信噪比公式,在此基础上,给出了集中式MIMO雷达阵列等效合成增益表达式,并对结果进行了仿真分析.仿真结果表明,阵元数增加一倍,相控阵雷达阵列增益增加3.0dB,而集中式MIMO雷达等效阵列增益只增加1.5dB.集中式MIMO雷达可通过长时间积累的方法来解决由于阵列等效增益减小带来的检测性能下降问题.     

相控阵MIMO随机多相码雷达高速目标探测

为解决传统单输入单输出雷达对高速目标不能进行长时间有效相参积累检测的问题,提出一种基于相控阵多入多出( MIMO)随机多相码雷达的高速目标探测方法.通过多路回波数据短时间相参并行处理,保证相参处理间隔内目标运动不超过半个距离单元,避免了目标距离走动引起的检测性能恶化.将发射阵列分成多个重叠的子阵,子阵内的相参处理提高了发射处理增益,子阵间的波形分集提高了角度分辨率,实现了对低信噪比高速目标距离和角度的无模糊估计.仿真结果证明了该方法的有效性.     

基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成

基于线性约束最小方差(LCMV)准则的自适应波束形成算法在实际中得到了广泛的应用,但当其应用到子阵级时,自适应方向图主瓣变形且旁瓣升高,抗干扰性能严重下降.针对这些问题,提出一种基于罚函数和特征空间的子阵级自适应波束形成算法,引入罚函数对自适应方向图进行约束使其逼近期望的静态方向图;同时在干扰子空间约束波束响应为0,对干扰信号进行抑制.该算法在有效抑制干扰的同时,能够使主瓣保形并保持较低的旁瓣,还能获得较好的输出信干噪比.通过阵列方向图及输出信干噪比的计算机仿真验证该算法的有效性.      

基于数据预处理的改进GS正交化波束形成

针对常规Gram-Schmidt（GS）正交化算法在训练快拍中混有期望信号时,自适应波束会出现期望信号相消的问题,提出了基于数据预处理的改进GS正交化波束形成算法. 该算法构造阻塞矩阵进行数据预处理剔除期望信号,估计对应的协方差矩阵,并对其进行GS正交化重构干扰子空间,将静态加权矢量向干扰子空间作正交投影得到自适应权矢量. 同时,为准确估计干扰子空间,对协方差矩阵的正交化自适应门限进行了修正. 仿真结果表明,所提算法的输出信干噪比（SINR）比其它GS正交化算法有2 dB以上的性能改善.      

基于大规模MIMO系统的满分集VBLAST低复杂度译码算法

为了提高大规模MIMO系统的分集增益、降低译码复杂度,构建了一种码率为1的满分集贝尔实验室垂直分层空时码,并采用最大比合并算法(MRC)检测接收信号.分别计算了MRC算法的平均输出信干噪比(SINR)和传统迫零算法(ZF)的平均信噪比(SNR),分析了性能相等时应满足的条件,并且比较了2种算法的计算复杂度和BER性能.结果表明,当BER=10-5,收发天线数为400和40、调制方式分别为BPSK和QPSK时,最大比合并算法的BER性能较迫零算法分别存在0.4和0.3 d B的增益.采用所提算法对接收信号进行检测,不但能够降低系统的计算复杂度,而且能保证系统的误比特率性能.     

利用单次快拍数据自适应处理的最小二乘算法

针对直接数据域最小二乘算法存在有效阵列孔径损失及自适应方向图旁瓣电平较高等不足,提出一种利用单次快拍数据进行自适应处理的改进算法.该方法基于直接数据域最小二乘箅法所得的权值,构造出一个变换矩阵,并对阵列接收的单次快拍数据样本进行预变换处理.形成子阵级输出后.根据噪声增益最小化准则,对各子阵进行自适应波束的形成,从而充分利用了所有阵元信息,不仅提高了有效阵列孔径,而且明显改善了阵列抑制严重非平稳干扰的性能.计算机仿真结果表明了该方法的有效性.     

一种基于FCGA的GPS自适应抗干扰算法

针对GPS卫星信号功率微弱易受干扰的特点,提出了一种基于浮点数编码遗传算法(Floating point number Coded Genetic Algorithm,FCGA)的GPS自适应抗干扰算法。首先分析了自适应阵的输出信号,给出了自适应阵方向图与加权矢量的关系式。然后根据线性约束最小方差准则,得到了一个有约束的多参量目标函数,并采用浮点数编码遗传算法对其进行了优化。最后为了验证该算法的有效性,以22单元改进的均匀圆形阵为研究对象,分别对自适应阵的方向图和输出信号干扰噪声比(SINR)进行了计算机仿真。结果证明,该方法能够在多个期望信号方向保持较高波束增益,同时在干扰信号方向形成很深的波束凹陷。在强干扰情况下,输出信号干扰噪声比SINR能够保持在定值附近,而不随着输入干扰功率的增加而降低,达到了抑制干扰的设计目的。     

存在指向误差情况下的低旁瓣自适应波束形成

针对确定自适应阵列系统,在传统的线性约束最小方差(LCMV)波束形成算法基础上提出一种在期望信号方向估计有误差的情况下,能减小指向误差的低旁瓣自适应波束形成算法,该算法运用波束保形函数,集中主瓣波束,抑制旁瓣波束,提高了阵列输出的信干噪比(SINR),计算机仿真结果验证了算法的有效性和优越性。     

采用子阵多输入多输出的天基预警雷达强杂波抑制方法

针对天基预警雷达因其高速平台运动带来严重的距离模糊和多普勒模糊,导致杂波背景强进而降低雷达目标检测性能的问题,提出一种基于子阵级多输入多输出天基预警雷达强杂波抑制方法。构建基于子阵级多输入多输出天基雷达模型并分析远距离机动目标相参性,确定目标出现线性距离徙动和不出现多普勒频率扩散时的最大相参积累时间,以保证长时间相参积累可行性;针对多输入多输出雷达长驻留的特点采用长时间积累提高多普勒分辨率,降低一个距离-多普勒单元的杂波功率,在保证搜索效率的情况下降低该单元杂噪比,并采用3/5准则检测盲区图评估天基雷达检测性能;在强杂波背景下改善了信杂噪比,提高了目标检测概率。实验仿真表明,所提方法相比相控阵雷达可有效降低杂波背景,在单脉冲重复频率下即可达到很好的检测效果,比相控阵雷达检测性能提高约20.48%。     

提升空时自适应检测性能的多输入多输出雷达稳健波形设计

针对基于多输入多输出(MIMO)正交频分复用(OFDM)雷达的空时自适应处理(STAP)方法的检测性能受未确知环境先验信息影响较大的问题,提出一种提升空时自适应检测性能的MIMO雷达稳健波形设计方法。首先构建杂波协方差矩阵估计误差模型,然后在此误差模型以及波形恒模特性约束下,基于最大化最差情况下的输出信干噪比准则,建立改善STAP检测概率稳健性的波形优化模型。为求解所得非线性波形优化模型,提出了基于对角加载的迭代方法,该迭代方法中每步均可转化为半定规划问题,因而可以获得高效求解。仿真结果表明,所提方法能够改善最差情况下的STAP检测概率,与非稳健方法以及不相关波形相比,可提高最差情况下MIMOOFDM-STAP方法的输出信干噪比2~4dB。     

分时波束空间MIMO天波雷达发射ADBF方法

为简化基于MIMO(多输入多输出)技术的天波雷达扩展多普勒杂波抑制方法,分析了时间叉排线性调频连续波MIMO天波雷达与慢时间相位编码MIMO天波雷达之间的关系,提出一种分时波束空间MIMO天波雷达模型,并给出了相应的TADBF方法.该TADBF方法在分时波束空间实现,可有效抑制扩展多普勒杂波;简化了发射信号分集,在大型阵列降维处理情况下,只在各脉冲重复周期控制波束指向,无须对子阵或者波束进行相位编码,便于工程实现.仿真验证了该方法的有效性.     

鲁棒RLS波束形成算法

分析了多径传播环境下,信号方向向量的偏差和采样样本数目的变化对自适应波束形成算法性能的影响,提出了一种鲁棒RLS波束形成算法·该算法具有收敛速度快,抗扰动性强,误差小的特点·采用鲁棒RLS波束形成算法不但降低了波束形成器对于信号方向向量的偏差的敏感程度,而且可以保证阵列输出的信干噪比(SINR)接近最优值,仿真实验验证了所提算法的有效性·实验结果表明即使在强扰动或偏差存在的情况下,采用鲁棒RLS算法可使系统具有良好的SINR,而且可以改善加权向量的归一化偏差·     

基于蚁群算法的子阵级自适应多波束形成

在大型阵列信号处理中,可以在子阵级进行数字波束扫描形成多波束,降低硬件成本和系统复杂度,其中子阵划分的优劣直接决定信号处理的性能.针对子阵级多波束形成的问题,提出了一种基于蚁群算法的子阵划分最优策略,该策略将蚂蚁的迁移路径作为子阵划分方案,以峰值旁瓣电平为优化目标进行迭代搜索,使得子阵级自适应形成多波束方向图的旁瓣性能...     

大口径宽带数字延时相控阵天线

不同于窄带相控阵天线,空间色散和时间色散是大口径宽带相控阵天线需要解决的2个主要问题。文章采用了子阵加数字延时滤波器的整体结构设计,把大口径阵列划分为很多个较小口径的子阵,并采用传统窄带相控阵天线加权方法,完成子阵的波束合成;子阵间的波束合成,则采用数字延时滤波器实现。在介绍了子阵划分方式的基础上,对延时滤波器的时域设计方法进行了阐述和分析。通过延时滤波器仿真,证明了滤波器设计方法的正确性;通过系统方向图仿真,证明了子阵加数字延时滤波器的设计方法,克服了空间色散和时间色散问题。     

基于分数时延的宽带自适应波束形成

对于宽带信号,基于移相的窄带波束形成方法会导致方向图波束指向的偏移和主波束畸变,并且无法有效地抑制宽带干扰。该文提出了基于数字时延加抽头延迟线(tapped delay line,TDL)结构的宽带自适应波束形成方法。该方法采用数字时延滤波单元补偿宽带信号在波束指向上的相位和包络偏移,并用基于TDL的空时二维滤波处理抑制宽带干扰。分析和实验结果表明,该方法可以有效地合成空间宽带波束并抑制宽带干扰,提高信干噪比(signal-to-in-terference-plus-noise ratio,SINR)增益。     

延时误差对光控相控阵天线性能影响的研究

针对光控相控阵天线中光延时链路的延时误差问题,从子阵划分角度建立了一维均匀线阵最大波束偏移角的简化解析模型,分析结果表明延时误差最大允许值与波束目标指向角、阵元数无关,随工作频率的增大而减小.     

自适应DBF中采样快拍数对系统输出SINR影响

在自适应数字波束合成(DBF)中,快拍数直接影响了协方差矩阵估计的效果,从而影响系统的输出信干噪比(SINR).文中分析了最大似然协方差矩阵估计和空间平滑协方差矩阵估计时,不同类型DBF系统采用快拍数大小同输出SINR关系.分析结论对于系统设计中快拍数确定具有重要意义.     

分布式MIMO数字阵列雷达检测性能研究

提出了一种多输入多输出(MIMO)雷达模型,并分析了其检测性能.首先,建立了MIMO雷达的观测模型,并在此基础上给出了一定搜索范围和搜索周期条件下的目标回波信号模型;其次,在考虑信道互易性和多脉冲相参积累的条件下,给出了信号处理流程并推导了相应的似然比检测器;最后,对其检测性能进行了仿真,并与其他MIMO雷达和相控阵雷达进行了性能比较.结果表明:天线分置导致的波束展宽带来的相参积累时间的延长,以及天线收发共用导致的信道互易性,都可提高MIMO雷达的检测性能,在天线数不大于6且检测概率大于0.5的条件下,其检测性能明显优于相控阵雷达.