宽带MIMO雷达频率不变发射方向图快速综合方法

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达的波形分集能力带来了灵活的发射波束方向图设计方法。针对均匀线阵提出了一种基于频率不变波束形成法快速综合宽带MIMO雷达发射方向图的方法,该方法利用频率不变波束形成法求解宽带MIMO雷达发射波形的频谱,采用交替矩阵匹配法设计恒模的发射波形。与基于两级迭代的宽带方向图综合方法（wideband beampattern formation via iterative techniques, WBFIT）相比,该方法无需矩阵求逆且迭代次数明显减少,大大降低了计算复杂度。计算机仿真结果表明,该方法具有与WBFIT法相近的宽带方向图综合性能,计算时间只有WBFIT方法的10％左右。     

Adaptive broadband beamformer for nonuniform linear array based on second order cone programming

Adaptive broadband beamforming is a key issue in array applications. The adaptive broadband beamformer with tapped delay line (TDL) structure for nonuniform linear array (NLA) is designed according to the rule of minimizing the beamformer's output power while keeping the distortionless response (DR) in the direction of desired signal and keeping the constant beamwidth (CB) with the prescribed sidelobe level over the whole operating band. This kind of beamforming problem can be solved with the interior-point method after being converted to the form of standard second order cone programming (SOCP). The computer simulations are presented which illustrate the effectiveness of our bearaformer.     

不确定权值下的鲁棒波束形成算法

提出了一种不确定权值下的鲁棒波束形成算法(robust beamforming algorithm with uncertainweights,RBAWUW),与以往文献中对阵列导向矢量的不确定性进行约束的方法不同,该算法是通过对权值附加一个球形或椭球形不确定集约束推导出来的.在这种新的约束下,RBAWUW算法能获得比传统鲁棒Capon波束形成器(robust Capon beamformer,RCB)更高的输出信干噪比(singal-to-noise-plus-interference ratio,SINR),而且新算法与标准Capon波束形成算法的计算效率几乎相同.理论分析和仿真结果均表明,RBAWUW算法是切实可行的.     

基于波束优化设计的宽带相干信号子空间算法

提高波束域宽带相干信号子空间算法(BCSSM)在低信噪比下的估计性能,并降低其运算量,是BC-SSM在实际系统中得到应用的关键。借助于优化方法,设计具有低旁瓣和恒定束宽特征的时域宽带波束形成器来实现预形成宽带波束,在保证宽带信号无失真接收的同时,能够有效抑制干扰,从而提高了BCSSM在低信噪比下的估计性能。宽带波束形成器采用数字延迟线和FIR滤波器相结合的结构,减少了设计所需FIR滤波器的阶数,显著降低了算法的运算量。设计实例和仿真结果证明了所提方法的有效性。     

Beamforming analysis based on CSB sin-FDA

This paper studies the adaptive beamforming algorithm based on the frequency diverse array(FDA)array where the interference is located at the same angle(but different range)with the target.We take the cross subarray-based FDA with sinusoidal frequency offset(CSB sin-FDA)as the receiving array instead of the basic FDA.The sampling covariance matrix under insufficient snapshot can be corrected by the automatic diagonal loading method.On the basis of decomposing the mismatched steering vector error into a vertical component and a parallel one,this paper searches the vertical component of the error by the quadratic constraint method.The numerical simulation verifies that the beamformer based on the CSB sin-FDA can effectively hold the mainlobe at the target position when the snapshot is insufficient or the steering vector is mismatched.     

零陷可控的低旁瓣频率不变宽带波束形成

在基本的傅里叶变换频率不变波束形成器(frequency invariant beamforming, FIB)的基础上,提出了快速可控零陷低旁瓣宽带FIB优化方法,该方法将固定角度方向图零陷约束和等波纹原型滤波器加入FIB的设计,实现了零陷可控的低旁瓣FIB。同时,还开展了FIB抽头系数的稀疏优化,有效的降低了算法实现的运算量。仿真结果验证了所提的方法在一维均匀线阵和二维均匀面阵上的正确性和有效性。     

相控阵雷达宽带宽扫描角数字化解决方案

针对采用数字化宽带相控阵雷达的应用场合,提出了一种通过改变数字阵列单元基带信号移相值和延时值实现波束指向和波形的数字相控阵雷达T/R模块解决方案。给出了宽带线性调频信号引起的波束指向偏移和实时时间延迟补偿的分析方法。在分析了宽带线性调频信号对相控阵雷达带宽和扫描角的影响的基础上,通过对基带数字时钟的精确延迟,实现了数字相控阵雷达宽带信号发射和扩展最大扫描角的目的。给出了实现的原理图和试验结果,并通过试验验证该方法的有效性。     

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。     

宽带MIMO雷达的阵列设计和成像方法

为了降低多输入多输出(multiple-input and multiple-output, MIMO)成像雷达的阵列规模和系统硬件的复杂性,结合宽带MIMO雷达发射/接收阵元的角度分集和信号分集特性,提出了一种基于双均匀线阵组合的非线性阵列模型,并给出了该阵列的设计准则。不同于基于实孔径均匀阵列的宽带MIMO雷达成像系统,提出的非线性阵列模型可有效增加虚拟阵元个数和扩展阵列孔径,在不改变目标方位向成像质量条件下能有效降低实孔径均匀线阵的阵列规模和系统硬件的复杂度。同时,该阵列设计易于操作和实现。最后,仿真实验对该阵列模型的有效性进行了验证。     

Wideband angle of arrival estimation of chirp signals using virtual Wignerville distribution

To estimate the angle of arrivals (AOA) of wideband chirp sources, a new time-frequency algorithm is proposed. In this method, virtual sensors are constructed based on the fact that the steering vectors of wideband chirp signals are linear and vary with time. And the randon Wignersville distribution (RWVD) of real sensors and virtual sensors are calculated to yield the new time-invariable steering vectors, furthermore, the noise and cross terms are suppressed. In addition, the multiple chirp signals are selected by their time-frequency points. The cost of computation is lower than the common AOA estimation methods of wideband sources due to nonrequirement of frequency focusing, interpolating and matrix decomposition, including subspace decomposition. Under the lower signal noise ratio (SNR) condition, the proposed method exhibits better precision than the method of frequency focusing (FF). The proposed method can be further applied to nonuniform linear array (NLA) since it is not confined to the array geometry. Simulation results illustrate the efficacy of the proposed method.     

基于圆阵干涉仪的被动导引头宽带测向方法

被动雷达导引头使用干涉仪进行宽带测向时存在角度模糊。多基线解模糊方法受限于导引头天线安装体积和天线单元直径。探讨了基于圆阵干涉仪的宽带测向问题,提出一种快速宽频段解模糊方法,可根据入射角度选择参考基线组以实现全方位高精度测量。仿真结果表明了此方法的正确性和有效性。     

用权系数迭代的自适应波束形成器抑制干扰

针对RFI(radio frequency interference)在高频地波雷达中不同距离元的分布特点,在比较现阶段不同波束形成器的基础上,提出一种应用基于权系数迭代法的自适应波束形成器来抑制RFI干扰的方法。该波束形成器的初始权向量是用MVDR(minimum variance distortionless response)算法来获得,而其后迭代法中的权向量是基于LCMV(linearly constrained minimum variance beamforming)算法在上一次权系数的基础上得到的。其中两算法中的协方差矩阵都是由不含雷达回波信号的远距离元阵列快拍来构成,从而增加天线阵的自由度。最后通过对实际雷达数据的处理,验证了该方法的可行性。     

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。     

Minimum geometric power distortionless response beamforming against heavy-tailed noise of unknown statistics

A minimum geometric power distortionless response beamforming approach against impulsive noise(including all αstable noise) of unknown statistics is proposed.Due to that definite logarithmic moments require no priori knowledge of impulsive noise,this new beamformer substitutes the logarithmic moments for the second-order moments and iteratively minimizes the geometric power of the beamformer's output snapshots,subjected to a linear constraint.Therefore,the proposed beamformer can provide significantly highe...     

基于双曲调频波形稀疏重构的干扰抑制方法

双曲调频波形特有的多普勒不变性使其在远程高速目标成像方面具有显著优势。然而波形的非线性调频特性限制了其在现有宽带解调频接收系统中的应用, 且在间歇采样转发干扰情形下成像性能退化。为此, 在分析目标双曲调频波形解调频回波特性的基础上, 提出一种基于稀疏重构的干扰抑制方法。首先, 构建了双曲调频波形解调频回波模型与间歇采样转发干扰时域抑制模型。其次, 基于此模型建立了相应的稀疏矩阵, 并利用目标结构稀疏特性对重建算法进行了加速。所提出的干扰抑制与波形成像方法可实现干扰有效抑制和多目标聚焦成像。最终, 通过电磁仿真数据验证了所提方法的有效性。     

动态超表面天线阵列混合发射波束成形

动态超表面天线(dynamic metasurface antenna, DMA)阵列是一种可实现模拟-数字混合波束成形的新型阵列结构, 其模拟波束成形部分由DMA实现, 系统实现的复杂度低。本文研究基于DMA阵列的混合发射波束成形, 核心问题是模拟与数字发射权值的联合优化。该文基于交替优化思想将模拟-数字权值联合优化问题分解为多个子问题, 提出一种基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的求解方法。该方法首先引入辅助变量简化问题模型, 然后通过交替优化求解辅助变量、数字权值和模拟权值。其中, 辅助变量求解具有闭式表达式, 数字权值与模拟权值解耦合后利用ADMM分别求解。仿真结果表明, DMA阵列与典型的唯相混合阵列和恒模约束下的唯相阵列相比, 具有更好的混合发射波束成形性能。     

低频共形阵的宽带波束域高分辨方位估计方法

针对共形布阵技术,提出了适用于低频共形基阵的宽带波束域高分辨方位估计方法。首先利用基于二阶锥规划的波束优化技术设计适用于低频共形基阵的宽带恒定束宽波束形成器,然后用设计好的波束形成器对基阵输出数据进行空域预滤波,使宽带信号的不同频率分量能无失真地通过,同时抑制旁瓣区的干扰,最后针对滤波后的多波束输出采用波束域高分辨方位估计方法估计目标方位。由于基于二阶锥规划技术设计恒定束宽波束形成器仅需要对主波束进行拟合,提高了设计精度,减小了聚焦误差,从而提高了方位估计的性能。计算机仿真和湖上实验数据处理结果验证了该方法能有效地估计出水下低频宽带目标声源的方位。     

基于几何的V2V三维MIMO信道建模及统计特性分析

为准确刻画复杂无线通信场景下车对车多输入多输出信道特征, 结合双圆柱模型和椭球模型, 提出一种改进的三维基于几何随机信道模型, 并推导了仿真模型。该模型综合考虑环境中移动和静止有效散射体的分布, 能够体现各种实际场景中散射体分布形式、天线阵列排列方式及车流量密度对空时相关函数、多普勒功率谱密度等信道统计特性的影响。仿真结果表明, 该参考模型扩展了基于几何的车对车信道建模方法, 可服务于车联网环境下车载无线通信系统的设计和性能分析; 同时验证了仿真模型的准确性。     

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。     

#br# 近场宽带LFM信号被动测向和测距方法

提出了一种采用分数阶傅里叶变换的聚焦波束形成被动定位方法,实现了水声近场宽带线性调频(linear frequency modulated, LFM)信号的被动测向和测距。建立了基于球面波模型的近场宽带LFM信号接收数据模型,应用分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FRFT)将LFM信号的时变阵列流形矩阵变换为固定阵列流形矩阵,结合近场声源的聚集波束形成技术,利用多重信号分类算法实现了对多个宽带LFM信号的方位与距离联合估计。数值仿真验证了该方法对水声目标方位和距离估计的有效性,并仿真分析信噪比、声源距离、声源个数等对该算法性能的影响。