基于SIAR体制的单基地MIMO雷达方向综合及测角性能分析

针对同时辐射多载频的正交信号、收发天线稀布且不共用的单基地MIMO雷达，以及在低仰角目标回波存在多径现象的情况下，提出一种基于SIAR体制的单基地MIMO雷达的方向综合方法，即综合利用MIMO的发射天线和接收天线孔径，在方位和俯仰两维数字波束形成（DBF）；并结合多载频工作的MIMO雷达，研究了基于多径相干信号分离的面阵广义MUSIC算法．该方法将发射天线、接收天线的相位延迟同时补偿，在接收端对发射波束进行两维方向综合，提高了雷达的角分辨力和测角精度；并通过降维处理减少了运算量．最后给出了多径情况下，单基地MIMO雷达方位、俯仰二维角度估计的克拉美·罗界（CRB）．计算机仿真证实了该方法的有效性．     

多通道雷达天线阵列的设计理论与算法

多通道雷达天线阵列的设计,尤其是MIMO雷达阵列的设计是一个全新的研究内容,涉及MIMO雷达的目标回波空间分集实现、空间采样能力,由此影响目标参数估计、DOA和雷达成像性能.论文从目标散射模型、收发信号模型出发,提出了基于空间卷积理论的MIMO雷达天线阵设计方法与算法,着重分析和介绍了收发复用线性阵情况下的MIMO雷达阵列设计算法,给出了并证明了其等效接收阵列存在的充要条件,在此基础上,论文以目标成像的空间采样和DOA估计性能为例,给出了典型的空间采样模型,对于空间卷积不存在解析解的空间采样模型,也给出了逼近算法.     

分布式发射阵列下目标回波相关性分析

发射分集多输入多输出(MIMO)雷达利用分布式发射阵列对目标回波去相干,然后利用集中式接收阵列直接使用接收到的目标回波(不分离各发射阵元的信号)进行多目标角度估计.文中分别在Swerling I和II目标模型下,分析了目标回波之间的相关性.通过分析得到:(1)在Swerling II模型下,目标回波不相关(2)在Swerling I模型下,要使目标回波的相关性随着发射阵元数的增加而降低,发射阵元增加前后的信号归一化协方差矩阵要满足一定关系,文中给出了这个关系最后目标回波相关性和角度估计性能的计算机仿真验证了理论分析的正确性.     

虚拟极化增强雷达目标信号接收的原理和实现

利用双正交偶极子接收雷达回波信号,在天线的正交双通道中进行虚拟极化处理来增强信号、抑制杂波是改善目标信噪比的有效方法.文中介绍了虚拟接收变极化的原理,并运用虚拟极化实现了目标极化增强和杂波抑制,通过matlab仿真得到了直观的信噪比增强效果.     

低信噪比条件下在短时信号中提取目标径向加速度方法研究

为了从低信噪比的雷达回波信号中提取目标径向加速度参数, 采用了分数Fourier变换工具对短时雷达回波进行分析, 定量推导了在匹配分数Fourier变换域中信号的聚集峰值同信号时长及信号调频率之间的关系, 在信号时长一定的条件下, 提出通过将采样信号与已知调频信号相乘来改变信号调频率的方法, 使新产生的信号在匹配分数变换域中信号的聚集峰值将大于原信号的聚集峰值, 从而实现了低信噪比雷达目标中径向加速度参数的估计, 仿真验证实验证明了该方法的有效性.     

高分辨雷达距离-多普勒扩展目标广义自适应子空间检测器

本文提出了一种非高斯杂波中的距离-多普勒扩展目标广义自适应子空间检测器(RDST-GASD).采用了频率-慢时间子空间模型来描述宽带雷达回波信号序列.杂波的统计模型采用球不变随机向量描述,各距离单元内的杂波具有相同的归一化协方差矩阵和不同的功率(非均匀),并且假设可以得到只含有杂波的参考单元的数据以估计杂波的协方差矩阵.通过理论分析证明了RDST-GASD对杂波的功率和协方差矩阵都具有恒虚警的性质.对于宽带雷达,在相参处理时间内,目标回波通常存在越距离单元走动,RDST-GASD进行了距离对齐处理,从而实现了有效的相参积累,提高了检测性能.     

弹道中段目标回波平动补偿与微多普勒提取

该文针对弹道目标回波微多普勒过大或过小时平动补偿和微多普勒提取问题,提出了一种时域处理方法.该方法通过多级延迟共轭相乘处理实现平动补偿,通过调整延迟时间实现微多普勒缩放,并根据信号能量差异使用Hough变换进行各信号分量的逐次分离和微多普勒的逐次提取.理论分析和仿真实验均表明:本文方法可以有效进行多分量弹道目标复合运动回波信号平动补偿和微多普勒提取,显著提高雷达探测微动结构的能力.     

窄带雷达自旋目标成像

在详细分析自旋目标窄带雷达回波特性的基础上,提出基于复数后向投影算法的自旋目标成像算法,由于该算法利用旋转散射点的相位进行匹配搜索成像,因此具有较高的分辨率以及成像效率.同时,本文分析了该算法的分辨率及其对雷达脉冲重复频率(PRF)的要求.若目标转速较高而系统PRF无法满足,则根据压缩感知理论以及自旋目标ISAR数据的稀疏性特点,建立了方位欠采样条件下的成像模型,并提出基于正交匹配追踪的自旋目标成像算法.不同条件下的仿真结果验证了算法的有效性.     

间歇采样转发干扰的数学原理

相干干扰是现代雷达电子战领域的重要发展趋势之一, 宽带射频信号的高速采样和收发天线高度隔离是实现相干干扰的关键技术, 但在工程实现上存在着很大的技术挑战. 针对这种情况, 提出了基于间歇采样处理的新型干扰方法, 其核心思想是立足于干扰机天线收发分时体制, 对雷达信号进行低速率的间歇采样处理, 然后巧妙地利用脉压雷达的匹配滤波特性, 就可以产生逼真的相干假目标串的干扰效果. 着重针对线性调频体制脉压雷达阐述了间歇采样转发干扰的数学原理, 描述了干扰效果, 给出了关键干扰参数和指标的数学表达式, 其结果对于其他类型相干雷达的干扰设计均有指导意义.     

用矢量天线阵列实现相干Chirp信号多参量联合估计

提出一种采用矢量传感器（天线）阵列联合估计相干Chirp信号初频,调频斜率,2维到达角和极化的算法.通过分数阶Fourier变换估计信号的初频和调频斜率,并用之构造了新的相关矩阵以抑制噪声.利用到达角和电磁极化矢量的特点,解决了由于信号相干带来的自相关矩阵奇异问题.为提高估计精度,采用了扩展阵列间距的L型均匀天线阵列,并提出了在信号相干情况下,解除角度估计模糊的算法.通过仿真,将此算法与常用的空间平滑算法进行了比较,证明了该算法的有效性.     

基于特征谱散布特征的低分辨雷达目标分类方法

大多数雷达,特别是地面警戒雷达,其脉冲重复频率相对较低,会导致雷达发动机调制(JEM)回波多普勒模糊,对目标的观测时间(扫掠时间)相对较短,多普勒分辨率较低,会导致目标分类性能下降.针对这一问题,本文从模式分类的角度提出了利用JEM特征谱散布程度特征实现喷气式飞机、螺旋桨飞机和直升机目标分类的方法.分析指出JEM回波在多普勒域近似看作是一系列线谱,采用谐波和的数学模型提取特征谱作为分类特征,分别给出脉间、脉内的特征谱提取方法及特征的降维方法.该特征不补偿机身回波,对机身多谱勒变化不敏感.仿真实验证明了所提方法的有效性.     

一种环月交会对接航天器的自主导航方法

我国正在进行月球采样返回工程,月球轨道交会对接是采样返回任务中关键环节之一.本文提出了一种新交会过程中目标航天器和追踪航天器自主航方法.该方法综合利用成像敏感器、交会雷达和激光高度计测量信息,结合绝对轨道动力学模型,利用UKF滤波算法设计航滤波器,能够同时估算交会对接过程中追踪航天器和目标航天器绝对轨道参数.在月球阳照区,采用成像敏感器和交会雷达测量信息进行自主航;在月球阴区,则采用交会雷达和激光高度计测量信息进行自主航.通过理论分析和数学仿真,验证了所提出自主航方法有效性.本文所提出方法为月球轨道交会对接工程实现提供了理论参考.     

高分辨雷达扩展目标检测算法研究

针对高分辨雷达扩展目标检测问题,本文建立了高分辨雷达回波模型,推导了在目标信息完全已知的理想条件下的最优检测器形式,给出了检测算法的性能上界.讨论了广义似然比检验在目标信息不同程度缺失情况下的检测器形式,给出了可实现检测器的检测性能上界.基于广义似然比检验,提出了一种基于散射点个数估计的双门限检测器.仿真表明该方法检测性能优于现有检测方法.     

异步旋转扫描式综合孔径干涉成像方法

综合孔径干涉成像技术在光学、射电天文学和微波遥感等领域都有很深的应用背景,随着应用需求的增长,其面临的一个主要障碍是系统结构过于复杂,这尤其不利于星载应用.为解决此问题,提出了一种异步旋转扫描分时采样成像方法,即采用两组子孔径阵绕同一中心以不同的转速进行异步旋转扫描.这种方式既可以得到较均匀的扫描轨迹,又可以自由灵活地实现系统复杂度和时间分辨率之间的平衡转换,从而可以在牺牲时间分辨率的情况下进一步稀疏子孔径阵列,以至于特定情况下简化到只需要两个子孔径.对异步旋转扫描的基本规律和设计方法进行了研究,并利用Gridding算法对其螺旋采样数据进行成像处理,最后针对地球同步轨道对地观测和太阳极轨射电天文观测两种潜在应用背景进行成像仿真,验证了此方法的实际可行性和有效性.     

多目标环境下合成宽带雷达运动补偿方法研究

研究多目标环境下,合成宽带雷达速度估计和运动补偿的实现方法.分析了当各目标速度不等时,速度估计的前提条件——目标匹配配对.基于单脉冲雷达体制,将目标匹配的过程扩展到角度域,提出了角度匹配测速法,实现对多个目标不同速度分量的解算.从匹配概率和速度估计的Cramer-Rao下界等方面,对该方法的性能进行了分析.计算机仿真结果表明,该方法有效可行.     

协同多点传输中迫零预编码和天线选择技术

MIMO无线传输技术极大地提高了系统的容量，在实际通信系统中，整个网络是一个干扰受限的系统，小区间干扰对MIMO系统传输的影响是显著的，每个相邻小区的基站天线都可以看成一个干扰源．由于基站端数据处理能力的提升和回程容量的增加，多个小区协同多点传输技术引起了人们的广泛关注．目前的大部分工作都是集中于研究系统的容量（吞吐量），而在实际系统中，每个用户的接收等效信噪比（即公平性）对系统的性能如误帧率等有重要的影响．对于每个用户为单天线的情形，研究了总功率受限和每天线功率受限下采用迫零预编码的系统容量和公平性．对两种功率约束条件下的公平性进行了分析，得到了公平性算法的闭式表达式．当每个用户为多天线的情形，为了降低计算的复杂度，引入了信道范数最大的接收天线选择算法，把每个用户为多天线的情形转化成等效的每个用户单天线情形，推导的每用户为单天线的公平性算法仍然适用．仿真结果显示，采用迫零预编码的多小区协作可以使系统性能显著提升．在相同的迫零预编码下，不同的功率分配策略对系统的容量和公平性有显著的影响．和用户为单天线相比，采用天线选择算法可以提升系统的容量和公平性．考虑了用户公平性时的吞吐量和最大系统吞吐量之间的折中关系，并给出了仿真结果．     

基于 FPGA的高速雷达信号实时处理

介绍了一种实现高速雷达信号实时处理的 IP核的实现方法.将采样率为4G/S的雷达采样信号分为16路采样频率为250M/S的信号并行输入给 FPGA芯片.然后,在芯片内对这16路信号进行并行处理,完成采样信号与特征库信号的相关计算.首先介绍了快速相关计算的方法和重叠相加法的原理,给出了用 FPGA实现快速实时相关计算框图.通过平台测试和仿真计算,结果表明,设计满足资源、时序以及精度等各方面要求     

SIMO线阵列雷达对三维复杂目标电磁散射的仿真与立体重构

提出单输入多输出（SIMO,single input and multiple output）频率步进线阵列下视雷达对一复杂电大三维体目标的电磁散射数值模拟、成像、及其几何特征重构.下视聚束模式的线阵列频率步进雷达SIMO运动合成二维平面孔径,获取包含幅度与相位的散射矩阵;用双向射线解析跟踪方法（BART,bidirectional analytic ray tracing method）,数值模拟计算双站极化散射矩阵.通过距离徙动算法（RMA,range migration algorithm）获得三维分辨图像,实现三维目标几何特征的重构.计算个例给出了粗糙地面上坦克目标模型的散射、成像与重构.同时,又采用FEKO软件的物理光学（PO,physical optics）计算简单体目标散射场及其成像重构作为验证与比较,论证了本理论方法可行与准确高效的良好性能.     

基于二维Chirp-Z变换的前视FMCW雷达成像新方法

机载前视成像作为一种全新的成像雷达工作模式,与调频连续波技术的结合有着诸多的优势.本文以"一发多收"系统为研究对象,根据其成像几何模型给出了基于调频连续波的前视雷达回波信号表达式,利用双基等效单基原理,将回波信号等效为"自发自收"系统时的情况,同时分析了载机在发射信号和接收信号过程中连续运动带来的影响–产生多普勒频移,以及对其近似补偿方法.在此基础上,本文提出了一种针对调频连续波前视雷达成像的基于二维Chirp-Z变换变标的成像算法,给出了算法的完整推导过程和各补偿因子的表达式,整个算法只包含Fourier变换和复乘操作,不涉及插值,易于工程实现.最后仿真数据处理结果验证了本文分析的正确性和算法的有效性.     

MIMO系统中基于置信度传播的多用户检测算法

MIMO (mltiple-input, mltiple-output) 系统中不同发送天线发射的信号在接收天线上叠加, 形成相互干扰, 可以采用多用户检测算法进行解调以提高系统性能. 因此提出将LDPC码解码理论中的置信度传播(belief propagation)思想引入MIMO系统的解调技术, 从而得到了一种新的基于置信度传播的多用户检测算法. 新算法的复杂度只与发送/接收天线数目的平方成正比. 仿真结果表明, 新算法在低信噪比条件下误比特率性能优于传统的线性MMSE多用户检测器, 但在高信噪比条件下则存在误比特率的“地板效应”, 因此比较适合于采用信道编码的系统. 虽然该算法是基于MIMO系统地推导而来的, 但显然它也可以被推广应用到一般的CDMA系统中去.