二维混合MIMO相控阵雷达收发波束空间设计

针对如何提高低信噪比条件下二维混合多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)相控阵雷达波达方向估计精度问题,结合收发联合波束空间设计给出了解决方案。首先利用半定规划方法设计发射权值,构造旋转平移不变关系,实现发射方向图能量聚焦,约束旁瓣电平,在干扰方位形成发射零陷;在此基础上,结合最小方差无失真响应算法优化阵列接收权值,提高接收端信干噪比。仿真结果表明,所提方法能够提高低信噪比条件下二维混合MIMO相控阵雷达波达方向估计精度。     

机载前视阵列雷达俯仰慢时间空时自适应处理

针对机载前视平面阵列雷达杂波抑制问题,提出了一种利用阵列俯仰维自由度和慢时间自由度进行空时二维自适应处理的方法。分析了该模型中杂波在俯仰多普勒平面的分布规律,通过采用多普勒频移方法补偿了杂波的距离非均匀性,与常规方位多普勒空时二维自适应处理方法不同,所提方法可以同时补偿杂波的主瓣和旁瓣。最后通过仿真实验将所提方法与三维空时自适应处理、传统方位慢时间二维自适应处理作了对比,证明了所提方法的优越性。     

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。     

主瓣干扰下的自适应旁瓣对消算法设计

与基于全阵列的自适应波束形成算法相比,旁瓣对消(multiple side lobe canceller,MSLC)技术具有计算量小、性能稳健的优点。一般旁瓣对消系统要求在进行权值调整时,主瓣方向无信号入射,否则系统方向图将发生畸变。提出了基于子阵列数据差分的旁瓣对消系统设计思路,即利用线性阵列性质来改变主辅天线信号相关性,消除主瓣入射信号影响。在此基础上,针对干扰情况的不同,提出了更实用的多级差分旁瓣对消和反馈差分旁瓣对消技术。仿真结果表明,所提算法在不同信号环境下,均能有效抑制旁瓣干扰,同时保持主瓣方向图不发生畸变,具有很好的稳健性。     

一种非理想阵列的快速宽带信号方位估计算法

针对宽带信号方向估计算法需要进行初次估计和进行多次奇异值分解的问题,提出了在传感器阵列存在误差的情况下,基于Prony-Lanczos方法的快速宽带信号方位估计算法。方法将接收信号转换到频率域内,分离阵列流形中信号方向和阵列参数;其次,在考虑阵列互耦的情况下,采用快速奇异值分解的方法求取奇异向量,并利用奇异向量构造聚焦矩阵;最后,利用聚焦求和窄带方位估计对宽带信号进行方法估计。仿真试验表明,存在阵列误差的情况下,本算法具有较好的分辨率和较低的计算复杂度和鲁棒性。     

基于MVDR的阵列信号波束域预处理算法

针对基于常规波束形成(CBF)的波束域方法在波束覆盖区域外存在方位不定强干扰源时多目标方位估计(DOA)失效的问题,提出采用最小方差无畸变响应(MVDR)的波束域预处理算法。该算法根据阵列接收数据自适应调整阵元权值,在波束覆盖区域外干扰源方位形成零陷,从而减小干扰对波束输出结果的影响。分析表明靠近波束覆盖区域的强干扰源对波束转换增益的影响有限。该算法进一步提高了波束域处理方法的抗干扰能力,仿真结果验证了该算法的有效性。     

双基地MIMO雷达抗分布式干扰方法

分布式干扰是一种近距离、空间密集型干扰,单基雷达常用的超低旁瓣天线、天线旁瓣对消和旁瓣匿影等技术难以与其进行有效对抗。双基条件下,远距离的目标和近距离的干扰机必将在其相对于发射阵列或接收阵列的角度上存在较大差异。利用该现象,提出了一种双基地MIMO雷达抗分布式干扰的方法。该方法通过发射阵列多阵元正交发射的方式在目标回波及转发式干扰信号中分别嵌入了目标和干扰机相对于发射阵列的角度信息,随后在接收阵列上通过等效收、发二维空域滤波处理即可有效地滤除分布式干扰信号。数值仿真的结果证明了该方法的有效性。     

基于双/多基地方位联合估计算法

提出一种基于双/多基地方位联合估计的新算法,利用两个阵列或多个阵列的接收数据的相关矩阵,再结合ESPRIT算法估计方位。该算法可以同时估计目标信号入射到双/多基地的方位角。所估计的参数自动配对,不需要额外的配对运算,并且给出了该方法方位估计的CRLB,计算机仿真结果证明了算法的有效性。     

机载雷达自适应发射技术抗相干转发式干扰

相干转发式干扰会导致雷达在接收端产生大量虚假目标,降低雷达对真实目标的检测性能。为了解决这个问题,提出一种自适应发射技术对抗相干转发式干扰。该方法首先利用雷达预先发射的高重频脉冲串对转发式干扰进行检测和参数估计;然后在正常工作模式时利用估计得到的干扰参数优化阵列发射方向图,使其在干扰侦察方向形成凹口,从而达到降低干扰机截获雷达发射信号的概率的目的。仿真实验结果证明了所提方法的有效性。     

基于粒子群优化的波束空间广义旁瓣相消算法

针对广义旁瓣相消(generalized sidelobe canceller, GSC)算法运算量大, 在波束形成中存在旁瓣较高、稳健性差的问题, 提出一种基于粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)的波束空间GSC算法。首先, 建立一种优化自适应转换矩阵将信号处理过程由阵元空间转换到波束空间, 通过减小自由度来降低算法的运算量。其次, 构建最小均方误差适应度函数, 在波束空间中利用压缩因子PSO算法充分利用接收数据的相关性, 缩减与期望信号误差并降低波束旁瓣。所提算法在降低算法运算量的同时, 解决了波束旁瓣过高的问题, 并在低快拍、强干扰条件下具有较好波束形成能力, 算法稳健性好。     

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。     

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。     

一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法

为了解决传统空时自适应处理方法由于独立同分布训练样本不足无法有效抑制机载面阵雷达非均匀杂波的问题,提出了一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法。该方法首先通过雷达系统和载机平台运动参数先验知识构造杂波表示基矩阵,然后基于协方差矩阵匹配估计准则分别估计待检测单元的杂波空域和时域功率谱,接着按照线性约束最小方差准则计算待检测单元的空域和时域部分权向量,最后再结合杂波参数化模型和得到的空域和时域部分权向量计算空时滤波权向量用于处理待检测单元回波数据。该方法不需要训练样本,不需人为设置超参数,具有全局收敛性,即使存在距离模糊也可以有效地抑制机载面阵雷达回波数据中的非均匀杂波。仿真实验说明了本文方法的有效性。     

一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法

为了解决传统空时自适应处理方法由于独立同分布训练样本不足无法有效抑制机载面阵雷达非均匀杂波的问题,提出了一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法。该方法首先通过雷达系统和载机平台运动参数先验知识构造杂波表示基矩阵,然后基于协方差矩阵匹配估计准则分别估计待检测单元的杂波空域和时域功率谱,接着按照线性约束最小方差准则计算待检测单元的空域和时域部分权向量,最后再结合杂波参数化模型和得到的空域和时域部分权向量计算空时滤波权向量用于处理待检测单元回波数据。该方法不需要训练样本,不需人为设置超参数,具有全局收敛性,即使存在距离模糊也可以有效地抑制机载面阵雷达回波数据中的非均匀杂波。仿真实验说明了本文方法的有效性。     

SRV constraint based FIB design for wideband linear array

Frequency-invariant beamformer (FIB) design is a key issue in wideband array signal processing. To use commonly wideband linear array with tapped delay line (TDL) structure and complex weights, the FIB design is provided according to the rule of minimizing the sidelobe level of the beampattern at the reference frequency while keeping the distortionless response constraint in the mainlobe direction at the reference frequency, the norm constraint of the weight vector and the amplitude constraint of the averaged spatial response variation (SRV). This kind of beamformer design 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 FIB design method for the wideband linear array with TDL structure and complex weights.     

多通道相控阵自适应数字单脉冲合成方法

为了在有源干扰条件下对目标到达角精确估计,提出一种二维多通道平面相控阵雷达自适应单脉冲波束合成方法。利用平面相控阵方向图的正交性,沿阵列一个方向分别合成和子阵及差子阵,对子阵输出进行自适应处理,可以在其正交方向上形成零点,同时抑制旁瓣及主瓣干扰,并保证该方向上和、差波束不发生畸变,确保该方向的测角精度。仿真结果验证了算法的有效性。     

加权直接数据域波束形成

为解决直接数据域(direct data domain,DDD)算法波束形成旁瓣电平高的问题,在约束优化的基础上提出了加权DDD波束形成算法.加权算法首先根据波束指向或者预成波束方向给出合适的主瓣宽度,然后在旁瓣区域约束最高旁瓣电平的高度,达到旁瓣抑制的效果.仿真分析了固定旁瓣电平变化主瓣宽度和固定主瓣宽度变化旁瓣电平两种约束优化形式.结果表明,加权DDD波束形成具有良好性能,能在预设主瓣宽度略宽于原波束主瓣宽度时,旁瓣电平能够满足预设要求.     

基于二次补偿的FDA-MIMO雷达抗主瓣欺骗式干扰方法

主瓣欺骗式干扰与真实目标具有相同角度, 传统相控阵雷达无法在空域对其进行区分, 严重降低了对真实目标的探测性能。针对此问题, 本文在频率分集阵列多输入多输出(frequency diversity array multiple input multiple output, FDA-MIMO)雷达中提出一种基于二次补偿的抗主瓣欺骗式干扰方法。首先, 通过对脉内主值距离进行前移补偿和对距离频率进行后移补偿, 等效于将欺骗式干扰从方向图主瓣搬移到旁瓣。然后, 借助奇异谱分析技术进行样本筛选以获得干扰协方差矩阵。最后,利用自适应波束形成的方法对干扰进行抑制。仿真实验验证了所提抗干扰方法的有效性。     

Hybrid alternate projection algorithm and its application for practical conformal array pattern synthesis

Based on the fabricated 12-element cavity-backed microstrip sector cylinder array,a novel hybrid alternate projection algorithm(HAPA),which combines analytical method with numerical techniques effectively,is proposed for synthesizing the pattern of practical conformal array.The algorithm applies the variable direction aperture projection method with mutual coupling correction techniques to provide the good initial excitations of elements to the enhanced alternate projection algorithm(EAPA).In order to do further optimization,which improves the convergent speed of the algorithm significantly.Finally,the HAPA has been applied to the fabricated sector cylinder array with mutual coupling considered.The results of synthesized patterns,such as low sidelobe with null points formed pattern,beam scanning with low sidelobe pattern and the shaped beam pattern are presented.It demonstrates the validity of HAPA in practical conformal array synthesis.