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。     

基于凸约束下泰勒估计的主瓣干扰抑制算法

针对真实信号协方差矩阵估计难以直接获取及低快拍条件下传统采样协方差矩阵存在较大误差的问题,提出了基于凸约束下泰勒估计的抗主瓣干扰波束形成算法。该算法首先利用凸约束下的泰勒估计法在低快拍数条件下对信号协方差矩阵进行估计。其次利用多信号分类算法进行波达方向估计,筛选主瓣干扰对应特征矢量。而后利用特征投影矩阵法对主瓣干扰进行抑制。最后,通过添加线性约束获得权值矢量进行波束形成。仿真结果显示,在低快拍数条件下,所提算法对信号协方差矩阵具有更高的估计精度,波束形成性能稳健且具有更高的输出信干噪比。     

基于虚拟阵元信号重构的嵌套阵稳健波束形成

由于嵌套阵中部分阵元间距远大于信号半波长, 可能导致高旁瓣和栅瓣等问题。因此, 通过利用均匀子阵进行信号波达方向(direction of arrival, DOA)估计, 重构出虚拟阵元的接收信号, 从而构建一个虚拟的稠密均匀阵列, 大幅增加了波束形成算法自由度。通过估计信号功率, 重构虚拟均匀阵列的干扰加噪声协方差矩阵(interference plus noise covariance matrix, INCM), 可得虚拟均匀阵列的波束形成权矢量。仿真实验表明, 相比其他波束形成方法, 所提算法主瓣宽度小、旁瓣电平低、收敛速度快、抗干扰能力强。     

期望信号稳健阻塞的协方差矩阵重构波束形成算法

针对期望信号导向矢量存在失配时自适应波束形成器性能下降的问题,提出期望信号稳健阻塞的干扰噪声协方差矩阵重构算法。首先,构造角度展宽的信号阻塞矩阵,完成回波数据中期望信号的分离,进而利用无污染的回波数据计算准干扰噪声协方差矩阵。接着,对准干扰噪声协方差矩阵做特征分解,借助矩阵投影变换完成干扰噪声协方差矩阵的准确重构。最后,对剔除掉干扰和噪声分量的采样协方差矩阵做特征分解,完成期望信号导向矢量的有效估计。理论分析和仿真结果表明,所提算法不仅具有近乎理想的性能,还具有较低的计算复杂度。     

阻塞矩阵方法对消主瓣干扰

当存在主瓣干扰且有期望信号混入情况下,用常规自适应波束形成方法进行自适应干扰对消,不但会引起主瓣变形,而且期望信号也会被抑制,从而影响对消性能。提出一种新的阻塞矩阵方法,对接收数据进行预处理,消除它们对计算数据协方差阵的影响,再用其它方法确定自适应权值。理论分析和计算机仿真表明,用阻塞矩阵方法可以获得较大的性能提升。     

GSC结构相控阵在主瓣干扰下的自适应单脉冲方法

当有源干扰从旁瓣进入广义旁瓣对消器(general sidelobe canceller, GSC)结构相控阵系统时, 通过对旁瓣干扰的抑制, 可以维持较高的单脉冲测角精度, 然而当干扰进入主瓣范围内时, 自适应方向图会发生畸变, 导致测角错误。针对这一问题, 提出了一种在GSC结构下的两级自适应单脉冲测角的工程实现方法, 首先对采样协方差矩阵进行特征分解并根据主瓣子空间的正交性分离主瓣干扰对应的特征向量, 由此重构旁瓣干扰和噪声协方差矩阵, 再利用旁瓣对消器抑制旁瓣干扰, 最后通过四通道系统抑制主瓣干扰并保持单脉冲比不变, 实现对目标的精确测角。该方法无需对干扰的来波方向进行预估计, 具有较强的鲁棒性, 仿真结果验证了该方法的有效性。     

GPS多波束盲自适应动态干扰抑制算法

依据全球定位系统(global position system, GPS) C/A码信号的周期重复特点,提出了一种新的多波束盲自适应动态干扰抑制算法。首先利用子空间投影和零陷展宽技术抑制动态干扰,然后将无干扰的数据送入多波束形成器,由于GPS信号和噪声的重复周期不同,所以可以根据延迟协方差矩阵的分解得到信号子空间,进而确定每个波束的权矢量。仿真证明,该方法能有效抑制动态干扰,同时又能将波束的主瓣对准卫星方向,从而提高卫星信号的信噪比。     

基于协方差矩阵加权的阵列波束优化方法

针对目前二阶统计量加权波束形成存在的能量波束输出有负值和高旁瓣问题,提出了基于协方差矩阵加权的,适用于任意阵结构和阵元指向性传感器阵列的三种优化波束形成方法.一种是设计波束以最小加权均方误差逼近期望波束方法;另一种是旁瓣约束高增益协方差矩阵加权波束形成;第三种是主瓣约束条件下最低旁瓣协方差矩阵加权波束形成.这三种波束优化问题都可以转化为二阶锥约束优化形式,应用已有内点方法求出加权矩阵的数值解.计算机仿真和实验数据处理表明,它们均克服了高旁瓣和波束输出有负值的缺点,获得了不同约束条件下的最佳协方差矩阵加权波束.     

基于噪声子空间特性的波束形成器设计

为高效、高性能地合成阵列接收信号, 提出基于噪声子空间特性的波束形成器设计。首先, 利用噪声的宽带分布特性, 对Capon空间谱的噪声区域做粗采样, 由此进行残留噪声补偿, 获得信号协方差矩阵的估计; 其次, 利用噪声子空间与信号子空间的正交性, 通过信号协方差矩阵分解构造出信号正交补投影算子; 最后, 利用噪声子空间与干扰子空间的正交性, 用该投影算子对观测信号进行处理, 获得干扰功率估计, 进而推导出干扰加噪声协方差矩阵和最终的波束形成器。仿真结果表明, 该方法仅耗费较少的快拍, 即可在大信噪比范围内实现较高信干噪比输出。     

基于空时二维结构的低旁瓣宽带波束形成

在分析空时自适应处理结构的基础上,提出了一种工程上易于实现的低旁瓣波束形成算法.虚拟了不同幅度、不同频点、不同方位角的干扰源,使得空时二维方向图的主瓣指向期望信号来波方向的同时,在其他方向上形成低旁瓣,达到抑制干扰和噪声的目的.由于此算法权值是已知系数矩阵与当前时刻期望信号的空时二雏导向矢量的乘积,计算量简单,避免了传统线性约束算法中多次矩阵求逆的复杂运算,既保证了抗干扰性能又便于工程实现.     

基于小扩频增益的CDMA波束形成

根据CDMA系统中小扩频增益和多用户情况下信号阵列响应估计精度较差的问题 ,提出了利用基站收到的码元序列与解扩后的接收序列 ,估计信号阵列响应及干扰和噪声相关矩阵的新方法。理论分析与仿真结果表明 ,该方法能够减少阵列响应估计对扩频增益和功率控制的敏感性 ,当用户较多时输出SINR比码滤波方法有明显的提高     

基于对角减载的水声阵列SMI-MVDR

空间谱估计一直都是水声阵列信号处理研究的热点问题,而一般认为目标和背景干扰的信息都蕴含在接收信号协方差矩阵中,因而现有的谱估计技术大多针对接收信号的协方差矩阵进行处理。由于信号和噪声的相关性,导致协方差矩阵中主对角线元素上的噪声分量最大。针对这一特性提出了基于对角减载的水声阵列采样矩阵求逆(sample matrix inversion, SMI)最小方差无畸变响应(minimum variance distortionless response, MVDR)波束形成技术。理论推导了对角减载量对输出功率谱目标方位上输出信噪比的影响,分析了最佳对角减载系数的选取原则。并针对实际工程应用情况,研究了由有限次快拍数估计的采样矩阵得到最佳对角减载系数的方法,该方法无需预估信号源数。通过算法仿真和海试数据处理,对比验证了基于对角减载的SMI MVDR空间谱估计的有效性和可靠性。对于背景噪声级较强的水声阵列信号处理环境来说,所提方法能有效提高高斯白噪声背景下的声纳多目标分辨性能。     

直接数据域迭代空时自适应处理方法

针对常规空时自适应处理(space-time adaptive processing, STAP)在机载雷达非均匀杂波环境下杂波抑制性能下降的问题,提出一种直接数据域(direct data domain, DDD)迭代空时自适应处理方法。首先利用数据的特殊结构和空时谱的稀疏性引入一种新的迭代自适应(iterative adaptive approach, IAA)空时二维谱估计算法,然后在获得待检测单元空时谱分布的基础上重构无孔径损失的协方差矩阵,最后根据目标信号在空时平面的分布特点,提出一种新的目标剔除算法对协方差矩阵进行修正,以避免目标自相消。仿真实验结果表明,在存在3%阵列误差的情况下,所提方法在旁瓣杂波区的改善因子比传统直接数据域方法高出约10 dB、比多普勒平移法高出约5 dB。     

提高MIMO雷达检测和参数估计性能的波形设计

针对目前多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)雷达中通常基于某一种而不是整体性能的波形优化问题,提出一种提高MIMO雷达检测和参数估计性能的波形优化方法。该方法基于提高检测概率、降低参数估计方差及抑制旁瓣3种性能约束优化发射波形相关矩阵(waveform covariance matrix, WCM)。首先推导了检测概率及克拉美罗界(Cramer-Rao bound, CRB)的等价表达式,而后联合最大化主旁瓣差约束,并对各约束条件加权,从而得到可灵活调整加权系数以满足实际应用中不同需要的波形优化问题。此波形优化问题可表示为线性规划问题,因而可高效求解。仿真实验对3种约束条件对雷达性能的影响进行了详细分析,实验结果验证了所提方法的有效性。     

主瓣多假目标干扰收发联合抑制方法

从现代电子战雷达抗干扰迫切需求出发, 针对主瓣多假目标干扰的对抗难题, 提出一种空时相位编码多输入多输出(space time phase coded multiple input multiple output, STPC-MIMO)信号与失配滤波器联合设计方法。该方法通过发射端STPC-MIMO信号设计可自适应调整回波中干扰能量的空域分布, 实现真假目标的空域分离, 进而结合接收端失配滤波器设计, 在信噪比损失可控情况下实现主瓣内多假目标有效抑制。此外, 由于该收发联合优化方法需要对干扰进行认知, 因此进一步给出了基于STPC-MIMO信号回波的假目标参数获取方法, 形成波形设计-干扰认知闭环雷达探测系统。最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性。