基于频控阵MIMO雷达的低复杂度稳健波束形成算法

频控阵(frequency diverse array, FDA)多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达基于发射端调制而具备的距离维自由度为主瓣干扰提供了抑制方案。结合自适应波束形成算法, 频控阵MIMO雷达能有效抑制主瓣范围内欺骗干扰信号, 但存在的信号环境复杂、导向矢量失配、采样快拍不足等问题将使算法性能恶化。针对该问题,提出了一种基于频控阵的低复杂度的稳健自适应波束形成算法。仿真实验表明, 相比于其他自适应波束形成算法, 所提算法在低信噪比(signal to noise ratio, SNR)低采样快拍且存在导向矢量失配等非理想条件下形成的波束稳健性更强、计算复杂度更低, 有效实现了对目标的指示和对干扰的抑制, 克服了其他算法在非理想条件下性能恶化的问题。     

FDA-MIMO雷达稳健抗主瓣距离欺骗式干扰技术

频率分集阵(frequency diverse array, FDA)多输入多输出(multiple-input and multiple-output, MIMO)雷达可利用距离维自由度在发射-接收频率域内对欺骗式干扰进行抑制。但当存在目标导向矢量失配和协方差矩阵估计误差时,其抗干扰性能损失严重。针对该问题, 在FDA-MIMO雷达中提出了一种基于稳健波束形成的抗干扰方法。首先, 对剔除了残留噪声的Capon谱估计器在信号(或干扰)域内积分来构造期望信号(或干扰)导向矢量; 然后, 利用不同信号导向矢量间的正交性获得干扰功率并重构干扰加噪声协方差矩阵; 最后, 用更精确的导向矢量和重构矩阵计算自适应波束形成器的最优权值, 提高干扰抑制性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

基于频控阵的改进ESB波束形成算法

频控阵由于其波束方向图具有的距离-角度二维依赖特性而受到广泛关注, 理想情况下基于频控阵的自适应波束形成技术, 能够从距离维和角度维增强期望信号并抑制干扰, 但实际系统中较大的指向误差和采样协方差矩阵失配会造成算法性能严重下降。针对该问题, 提出一种改进的基于特征空间(eigenspace-based, ESB)自适应波束形成算法, 并将其应用在频控阵多输入多输出接收处理体制中, 仿真结果表明在5°的指向误差内, -20 dB信噪比, 及小快拍数的非理想条件下, 所提算法仍然能在目标位置附近形成高增益, 并在干扰位置形成零陷, 克服了传统ESB算法低信噪比条件下算法失效导致的波束方向图畸变问题, 具有更好的适用性。     

基于区间算法的频控阵阵元位置误差分析

频控阵通过在各阵元的发射基频上引入一个微小的频率偏移, 可以产生距离和角度相关的波束，这使得频控阵在信息和信号处理中更加灵活。但是, 大多数文献在分析频控阵时, 都假设阵元位置是理想而无误差的。而在实际情况中, 阵元位置往往会存在制造误差, 这必定会让实际发射波束的各项性能指标偏离理论设计的性能指标。而目前，几乎没有关于频控阵阵列位置误差分析的文献, 因此迫切需要寻找一种对频控阵阵元位置误差进行分析的方法。提出一种基于区间分析算法的频控阵阵列位置误差分析方法，以分析各阵元位置误差对波束性能的影响。该方法首先假设各阵元位置误差在某个已知的区间, 然后通过一系列数值计算得到误差对波束性能影响的上界和下界, 最后通过仿真实验验证此方法的有效性。     

对数频偏FDA方向图解耦优化

针对对数频偏频率分集阵列(frequency diverse array, FDA)中存在的频率偏移量取值固定、主瓣扫描精度较低的问题,并行地提出两种对数频偏频率分集阵列方向图解耦的优化方法。首先,将均匀线性阵列替换为采用正弦频偏增量的交叉子阵结构,在此基础上将频偏增量选择问题转化为二维空间的最优化问题,通过改进的粒子群算法解算最优频偏增量实现方向图解耦优化。此外,将通信中的格雷码编码方式应用于FDA阵列的频偏编码中,提出基于发射端格雷码频偏编码方式的发射方向图解耦方法。最后,仿真验证了两种优化方法的有效性。     

基于共形阵的角度和极化信息联合估计算法

针对复杂载体上共形阵列存在多极化接收和遮挡效应的问题, 本文提出一种基于方向图矩阵重构导向矢量的改进极化多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法。首先对共形天线阵列进行建模, 在获取各个阵元的方位和俯仰分量方向图数据后, 将方向图数据分解并重构阵列的导向矢量矩阵, 最后结合极化MUSIC算法进行波达方向(direction of arrival, DOA)和极化参数联合估计。相对于理论导向矢量的极化MUSIC算法, 本文所提改进算法在解决了遮挡效应的同时具有更高的估计精度, 并可有效降低运算量。仿真实验结果验证了这一结论。     

基于MVDR波束形成的FDA平台外干扰抑制

针对频控阵(frequency diverse array, FDA)在对与目标位置相近的平台外干扰进行抑制时, 传统FDA与非线性频偏结合不能实现距离-角度去耦合、对数递增FDA主瓣展宽较大和汉明窗加权FDA距离维旁瓣过高的问题, 在充分研究汉明窗加权的线性FDA(Hamming linear FDA, HL-FDA)方案的基础上, 对4种频偏方案的性能进行了分析, 提出采用FDA多输入多输出结构代替传统的一维均匀线性FDA结构, 通过结合最小方差无失真响应(minimum variance distortion free respinse, MVDR)准则, 将HL-FDA应用到MVDR自适应波束形成层面, 对平台外干扰进行抑制。仿真验证了HL-FDA在结合MVDR自适应波束形成算法后能有效地对抗距离-角度二维平台外干扰。     

基于频控阵的多普勒波束锐化高度表设计

多普勒波束锐化(Doppler beam sharpening, DBS)是飞行器实施地形跟随或地形回避的重要技术。针对飞行器高度表在DBS工作模式的射频隐身需求, 利用频率分集阵列(frequency diversity array, FDA)研究了基于射频隐身的DBS高度表。首先通过研究FDA的辐射方向图特性, 分析了FDA的频率增量依赖特性及其距离周期性对DBS模式的影响。以此为基础, 给出了对于DBS高度表的约束条件, 包括了FDA阵元间频率增量、脉冲重复频率、脉宽等, 同时建立了FDA-DBS高度表的射频隐身模型。仿真表明, 相对于相控阵和多输入多输出等阵列, 基于FDA的DBS高度表具有优秀的射频隐身性能。     

重叠子阵平面相控阵ADBF的方向图控制

提出了二维子阵级ADBF的信号模型,适用于任意的平面相控阵。研究了基于失配最优检测器的二维子阵级ADBF,它是对常规二维子阵级ADBF的一种修正,通过引入一个失配的导向向量,可对方向图进行有效的控制。该方法在无干扰时可得到所希望的静态方向图,因而解决了ADBF在自适应与非自适应工作模式之间的转换问题;而在存在干扰的情况下,与常规方法相比,明显改善了旁瓣电平。基于失配最优检测器的方法对重叠子阵和非重叠子阵均适用,克服了基于归一化的方法只适用于非重叠子阵的局限性。仿真结果证明了所提出方法的有效性。     

基于高斯-勒让德积分的鲁棒波束形成算法

针对矩阵重构类波束形成算法在协方差矩阵重构过程中计算复杂度较高的问题, 提出一种基于高斯-勒让德积分重构协方差矩阵的鲁棒波束形成算法。该方法首先根据信号导向矢量之间的正交性, 利用高斯-勒让德积分构建干扰信号空间; 然后将快拍数据投影到干扰信号空间, 剔除期望信号, 完成干扰噪声协方差矩阵重构; 最后将准阵列权矢量投影到信号空间, 修正导向矢量失配。仿真结果表明本文方法在视向误差、导向矢量随机误差条件下具有较好的鲁棒性, 且有效地降低了计算复杂度, 验证了算法的有效性。     

基于方向图拟合与稳健波束形成的相关测向

为了弥补阵列天线导向矢量失配和相位测量噪声对测向性能的影响,提出基于方向图拟合与稳健Capon波束形成技术（robust Capon beamforming,RCB）的双向迭代矢量相关测向方法。利用方向图与信号能量空间分布的相似性,对目标信号来波方向进行聚焦搜索;区别于传统相关干涉仪测向方法,在聚焦区间内将基于RCB的导向矢量迭代估计与相关干涉测向方法融合,在保证测向精度的前提下对目标信号方向进行双向迭代测量。仿真结果表明,该方法能够弥补阵列流型失配和相位噪声的影响,准确测量来波信号方向。     

PFDA阵列点状波束形成及干扰抑制特性研究

频率分集阵列(frequency diverse array, FDA)通过波束指向自由度的增加,为雷达系统在空间、时间以及频率控制等方面的性能提升提供了可能。针对现有文献中较少研究的平面FDA(planar FDA, PFDA)展开分析。首先,分析了PFDA阵列的阵列结构及接收信号处理机制,推导了PFDA阵列的线性增量-时变频偏增量。之后,在采用非线性频控函数的同时,将PFDA阵列划分为基于单边子阵、对称子阵以及交叉子阵的阵列结构,从而将一维FDA阵列的方向图解耦技术扩展到二维面阵。此外,研究了基于PFDA阵列的稳健波束形成技术。最后,仿真验证了本文结论的正确性。     

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。     

递归的稳健LCMV波束形成算法

提出了一种针对指向误差、阵元位置误差或阵元相位误差的递归的稳健波束形成方法。该方法基于导向矢量展开算法,在采用线性约束LMS算法递归搜索最优权矢量的同时,搜索真实的期望信号导向矢量。导向矢量的计算采用基于梯度搜索的最优化算法。该方法避免了常规LCMV算法的矩阵求逆运算,所需运算量小。对存在几种特定误差情况的计算机仿真结果表明,该方法稳态性能优越,对期望信号导向矢量的误差具有很好的稳健性。     

基于RCB与锁相环的跟踪鉴别测向方法

为了弥补阵列天线导向矢量失配和相位测量噪声对测向性能的影响,提出一种基于稳健capon波束形成技术(robust capon beamforming,RCB)和锁相环的矢量最优估计与跟踪鉴别测向方法。首先基于RCB与锁相环原理,对目标来波信号导向矢量进行最优估计与跟踪测量;然后在稳定、准确跟踪导向矢量的基础上,借鉴扩频接收机伪码鉴相原理确定来波信号方向。仿真分析表明,该方法能够弥补阵列流型失配和相位噪声的影响、突破角度相关间隔的限制,准确测量来波信号的方向。     

基于FRFT的单基地MIMO雷达稳健波束形成算法

以单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达系统为研究对象, 针对线性调频(linear frequency modulation, LFM)形式的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)信号, 提出了一种新的稳健自适应波束形成算法。所提算法首先利用LFM信号的特性, 对匹配滤波后的雷达回波信号进行分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT), 经化简得到峰值点作为阵列的观测值。而后, 利用观测值构建接收信号的协方差矩阵, 并使用Capon谱估计方法重构干扰加噪声数据协方差矩阵。最后, 通过求解优化问题估计实际导向矢量, 从而得到阵列的最优权值。通过计算机仿真实验, 验证了所提算法的有效性。     

GPS接收机的多星盲干扰抑制方法

考虑到GPS接收机需要解算至少4颗卫星的发射信号从而实现定位,而GPS接收机工作在复杂的电磁环境下,受大量人为干扰的影响,无法有效接收多颗卫星的发射信号从而实施解算定位。提出了一种新的用于GPS接收机的多星盲干扰抑制方法。由于接收机对每颗卫星的测距码（如C/A码）已知,采用基于最小二乘法的多目标自适应阵列剔除多颗期望卫星方向外的干扰信号。该方法无需期望卫星的位置信息和估计干扰信号的导向矢量,且期望卫星数目不受阵元数目的限制。仿真结果表明,该算法不仅能有效地抑制多种干扰,而且可以精确估计出多颗期望卫星的方位角。     

一种新的多通道SAR地面动目标检测定位方法

提出了一种对图像配准误差稳健的多通道合成孔径雷达地面动目标检测定位方法。该方法根据图像配准误差的方向确定观测矢量,计算特征系数矢量,利用动目标的空域导向矢量和特征系数矢量构造特征导向矢量,然后利用自适应波束形成技术进行杂波抑制的同时估计动目标的运动速度,最后对目标重新定位。该方法能够在图像配准误差较大的情况下获得满意的动目标检测性能和较高的测速定位精度。仿真结果验证了方法的有效性。     

Direction-of-arrival estimation based on direct data domain （D3） method

A direction-of-arrival (DOA) estimation algorithm based on direct data domain (D3) approach is presented. This method can accuracy estimate DOA using one snapshot modified data, called the temporal and spatial two-dimensional vector reconstruction (TSR) method. The key idea is to apply the D3 approach which can extract the signal of given frequency but null out other frequency signals in temporal domain. Then the spatial vector reconstruction processing is used to estimate the angle of the spatial coherent signal source based on extract signal data. Compared with the common temporal and spatial processing approach, the TSR method has a lower computational load, higher real-time performance, robustness and angular accuracy of DOA. The proposed algorithm can be directly applied to the phased array radar of coherent pulses. Simulation results demonstrate the performance of the proposed technique.     

基于响应估计频域拟合的通道均衡方法

阵列各个天线、射频组件等在大信号带宽下引起的响应不同,造成了通道的不一致性,使得阵列的谱估计性能严重恶化.针对内定标无法校准天线馈线、已有外校准方法的性能受噪声影响严重和盲自适应过程依赖参考信号的问题,提出基于单一外部线性调频连续三角波信号源响应估计频域拟合的通道均衡方法.首先通过滑动协方差矩阵特征值分解和已知信源的理...