频率捷变雷达波形对抗技术现状与展望

频率捷变技术作为雷达领域的热门研究方向之一, 逐渐受到了国内外学者的重视并在电子对抗领域得到广泛应用。相比于传统固定载频雷达, 脉间捷变频雷达可以自主规避干扰覆盖频段, 难以被侦察机截获识别, 具有独特的主动波形对抗优势。该文系统地介绍了频率捷变雷达的特点, 全面梳理了国内外关于频率捷变新体制雷达的研究成果, 总结了脉间频率捷变雷达信号处理、雷达接收机系统实现的研究进展, 并分析了频率捷变雷达未来的几个发展趋势和所面临的问题。     

频率捷变雷达的扩展目标检测

本文研究频率捷变雷达的扩展目标检测问题。当频率捷变雷达的合成带宽较大时, 雷达目标会变成扩展目标, 导致雷达无法直接应用传统的恒虚警检测算法。针对这一问题, 本文建立了频率捷变雷达的扩展目标检测模型, 推导了基于广义似然比的检验统计量, 并且通过数值仿真展示了相应的检测概率和虚警概率。为了提升雷达的抗干扰能力和频谱利用率, 本文考虑了雷达只使用一部分发射频点的场景。数值结果表明, 在高信噪比下, 频率捷变雷达使用的发射频点越多、合成带宽越大时, 扩展目标检测的性能越好。     

干扰频率捷变雷达

本文讨论了频率捷变雷达的电子反干扰优点,并研究了对各种频率捷变方式进行干扰的技术。     

基于复合频率编码的低截获概率波形簇设计

针对宽带正交低截获概率(low probability of intercept，LPI)雷达波形簇设计, 利用频率编码捷变和调频斜率捷变的复合波形编码技术, 在波形正交约束的基础上构造了一种复合频率编码的非线性代价目标函数, 提出了基于频率编码捷变或调频斜率捷变的复合波形簇优化设计方法。利用模式搜索算法获得了具有良好自相关和互相关旁瓣特性的宽带正交LPI波形簇。仿真结果表明, 所设计的波形能够获得低自相关旁瓣和低互相关旁瓣, 可为LPI雷达发射波形与多输入多输出雷达波形的设计提供参考。     

捷变频雷达联合脉内频率编码抗间歇采样干扰

间歇采样转发干扰通过对雷达信号进行部分采样并迅速转发, 在当前脉冲重复周期内, 产生相干假目标串, 使得基于传统频率捷变雷达的目标检测面临严峻挑战。因此, 在频率捷变技术基础上提出一种捷变频雷达联合脉内频率编码的抗间歇采样干扰方法。针对间歇采样干扰时域不连续的特点, 通过脉内频率编码-脉间频率捷变实现子脉冲间的相互掩护。脉冲压缩后, 首先利用最大类间方差法(Otsu)自适应计算阈值并抑制干扰, 然后通过二维稀疏重构方法实现目标检测。理论分析和仿真实验证明所提方法可以有效对抗间歇采样干扰。     

机载线性调频-捷变频雷达地海杂波特性

为了模拟脉内线性调频、脉间频率捷变体制下某型号雷达的地海杂波,在利用距离多普勒网格法计算常规PD(pulse-Doppler)雷达地海杂波功率谱的基础上,从脉内子脉冲叠加的观点分析线性调频信号对常规雷达杂波功率谱和幅度分布特性的影响,进而分析频率捷变所引起的脉间相关性减弱和时间随机序列方差的减小。得出的结论有:线性调频-频率捷变体制雷达杂波的功率谱与对应常规雷达的形状基本吻合,而幅值的变化与脉压比有关;该体制雷达的杂波随机序列服从瑞利分布,雷达参数变化导致杂波随机序列的方差变化。最后给出某攻击状态下的仿真实例。     

声表面波微波频率合成器及其在电子对抗中的应用

声表面波微波频率合成器是近年来发展起来的一种高性能部件,由于其设计灵活,电路简单,体积小,频率捷变速度快,便于集成,已广泛地用于航空、航天、雷达和扩频通信等系统中。本文详细地论述了三种基本类型的SAW微波频率合成器的工作原理及其特点,并对各种SAW频率合成器的性能进行了分析,同时还提出了两种SAW频率合成器的优选方案。文章最后对SAW频率合成器在频率捷变雷达和FH扩频通信系统中的应用作了介绍。     

捷变频雷达本振源

实现非相参频率捷变的核心是宽带快速本振源,本文论述了这种本振源的主要指标要求。指出了微波晶体三板管振荡器加倍频的本振系统在调谐线性、调后漂移、噪声几方面优于耿氏管本振。介绍了几种振荡器电路、结构、性能及其设计问题。这些电路可以用于各种非相参频率捷变雷达中。     

干扰极化捷变下的空域自适应滤波

雷达空域自适应滤波在应对极化捷变干扰时性能恶化, 因此研究了干扰极化捷变情况下, 雷达空域自适应滤波的性能。首先, 建立了极化捷变干扰的雷达阵列接收信号模型。其次, 对阵列接收数据构成的协方差矩阵进行研究, 得出一个干扰源在极化捷变时, 等价于两个不同方向的干扰源, 需消耗的雷达空域自由度为2的结论。进一步, 提出干扰极化捷变下的空域自适应滤波算法。最后, 试验验证了理论研究的合理性。     

慢起伏不可分辨目标的单脉冲角估计

不可分辨目标角估计方法大多是以SwerlingⅡ型目标进行信号建模,这通常需要雷达采用频率捷变来实现脉冲间目标幅度的不相关。考虑到非频率捷变雷达观测的目标回波为慢起伏的情况,深入研究了目标雷达散射截面积(radar cross section, RCS)起伏特性对单脉冲雷达测向的影响,提出了一种基于目标单脉冲角估计统计特征的两个慢起伏不可分辨目标的角度分辨方法。Monte Carlo仿真结果表明了该方法的有效性。     

频率捷变的相控阵雷达目标多径DOA估计算法

介绍了频率捷变在相控阵雷达目标多径DOA估计中的应用,并采用修正的MUSIC算法(MMU-SIC)以提高多径信号DOA估计性能。频率捷变不仅可以去掉直射信号与反射信号的相关成分,而且可以消除严重的信号对消现象。而修正的MUSIC算法则可以将相关信号源的相关性大大降低,从而改善了传统MUSIC算法对相关信号源的DOA估计性能。     

基于深度分割的端到端雷达信号分选

针对传统的雷达信号分选方法严重依赖预置参数、先验信息和结构不灵活的问题，提出一种基于深度分割的端到端雷达信号分选方法。首先将采集到的脉冲描述字映射成脉冲序列图像，同时保留像素点对脉冲的索引；然后利用训练好的深度分割模型U-Net对脉冲序列图像分割获得像素点分类结果；最后根据像素点索引和像素点分类结果对所有脉冲进行搜索归类，整个过程采用端到端形式。实验表明，该方法能够加强对捷变参数的分选能力，如频率捷变雷达、脉组捷变频等雷达参数，以及对时频域混叠、脉冲丢失严重等未知电磁环境中信号的分选能力。     

基于非标准Keystone变换的波形捷变雷达相参积累算法

针对波形捷变雷达相参积累问题，提出基于非标准Keystone变换(Keystone transform, KT)的波形捷变雷达相参积累算法，基本思路是利用KT消除目标距离走动，然后再利用快速傅里叶变换进行多脉冲相参积累。考虑到标准KT需要进行搜索模糊数，基于尺度估计概念，提出了无需模糊数搜索的非标准KT,其中的尺度估计环节利用梅林变换实现。同时，针对捷变波形与相参体制兼容性问题，通过对基准波形进行时间尺度操作，设计了一种线性调频捷变波形。仿真结果表明，当信噪比大于-2 dB,所提非标准KT能够解决波形捷变雷达目标距离走动校正难题；所设计捷变波形不仅与相参体制雷达具有较好的兼容性，还可以实现目标距离主瓣不展宽旁瓣抑制。     

相参频率捷变雷达目标稀疏重建性能边界综述

相比频率固定的脉冲多普勒体制, 频率捷变体制在抗干扰方面具有显著优势。但在该体制下, 基于匹配滤波的信号处理算法存在旁瓣平台问题, 难以与动目标检测兼容。压缩感知理论将目标参数估计建模作为欠定方程求解, 为该问题提供了解决思路。在相参频率捷变雷达中, 压缩感知能否准确重建目标是一个基础性问题。本文梳理了针对该问题的相关研究, 借助相变理论与相变曲线的解析表达式, 定量描述了捷变频雷达重建目标的成功概率与主要系统和目标参数之间的关系; 该理论性能边界与仿真实际所能达到的性能相接近。此外, 还探讨了现有成果在实际应用中的价值, 展望了未来研究方向。     

机场地面探测设备

专用高分辨率雷达可为机场提供平面图,它是在可见度不好时监控飞机运动的得力工具,这种雷达称之为机场地面探测设备(ASDE)。本文给出ASDE-3的设计原理和关键参数的选择原则。该设计方案的主要特点是变焦天线的旋转天线罩、频率捷变行波管发射机和数字扫描变换器。每一特点都使系统性能获得显著的改善,文中对此进行了有一定深度的讨论。     

空间滤波在雷达中的应用

本文讨论了空间滤波在雷达中的应用。应用空间滤波理论设计雷达,能使雷达具有自适应波束捷变能力和高的分辨率.在讨论问题的过程中,强调了天线方向图、加权系数和空间谱等物理概念的重要性。     

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.     

载频重频联合捷变雷达目标参数估计方法

针对载频-重频联合捷变体制雷达目标参数估计问题,提出了一种新的基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法的载频-重频联合捷变雷达目标参数估计方法。通过信号模型的空时等效,将时域信号的处理等效成空域阵列信号的处理,并将超分辨阵列信号处理方法应用到目标的参数估计中,从而把目标距离和速度的估计等效成阵列中二维参数的估计,解决了由于载频-重频联合捷变所带来的目标参数估计难题。仿真实验表明,所提方法能有效实现对目标距离和速度的超分辨估计。     

现代毫米波测量雷达的发展和研究方法

近来,轻小型弹载和直升飞机载雷达在制导、地面监视和辅助使用方面的应用已经大大地增长。在这些应用中倾向于采用毫米波雷达系统以达到高天线增益和窄波束宽度的特定要求。毫米波技术的发展,特别是固体元件的进展,已满足了研制这些雷达的需要。为了使这些雷达的结构设计最佳化,需要进行硬目标和背景杂波反射率数据的收集和分析研究,用以研制目标探测和识别用的特殊信号处理技术。本文介绍了一种方法,它利用乔治亚工学院研制的一种现代雷达进行上述所需的研究。这种雷达是现代工艺水平的、固态的、齐备的、便携的、相干的、频率捷变的、双极化的、极化捷变的K_a波段测量雷达。本文结合各种信号处理技术的研究,就雷达的各种工作方式对这种雷达作了全面的介绍。同时,通过对目标识别的适当算法的典型分析,也介绍了硬目标和背景杂波的某些初始数据。     

基于频率捷变和RCS加权抑制雷达角闪烁的研究

角闪烁是雷达目标后向散射特性的重要物理量,它能严重降低毫米波末制导雷达的导引精度。介绍了一种利用RCS和角闪烁之间的相关性抑制角闪烁的RCS加权方法。为实现这一方法,采用了频率捷变技术来获取目标回波信号的多个独立样本。仿真结果显示,经过4至5个脉冲的处理,角闪烁的均方根线偏差从5m～6m降至不到1m。