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.     

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.     

基于周期FRFT的LFMCW信号检测与参数估计

线性调频连续波(LFMCW)含有多个线性调频信号分量,具有低截获概率特性,雷达情报侦察系统对此类信号的检测与参数估计十分困难.针对这个问题,首先分析了LFMCW的分数阶Fourier变换(FRFT),通过对FRFT核函数的周期调制,定义了周期分数阶Fourier变换(PFRFT),推导了PFRFT和FRFT的关系.然后分析了LFMCW的PFRFT,提出了一种基于PFRFT的未知LFMCW检测和参数估计方法,并对其检测和估计性能进行了理论分析.最后仿真验证了该方法的有效性和合理性.相比FRFT,PFRFT通过对LFMCW的周期性积累提高了信噪比,适合处理具有周期调制的类似LFMCW信号.     

空间进动锥体目标窄带雷达成像算法

弹道中段目标成像技术是弹道导弹防御系统的核心技术．由于弹道导弹中段飞行过程中具有空间进动形式，宽带ISAR成像雷达无法利用统一的相位补偿函数进行相位补偿，导致成像结果的模糊．本文提出一种利用窄带雷达实现空间进动锥体目标成像的算法，算法采用高分辨时频分析技术获取进动目标散射中心多普勒历程；采用广义Radon变换理论，提取目标散射中心的时频多普勒曲线参数，在参数空间内实现目标散射中心的二维重构．暗室测量数据的试验结果表明，算法可有效实现对进动目标的窄带雷达成像．     

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.     

基于仿真数据的HJ-1C卫星SAR成像处理方法

合成孔径雷达(SAR,synthetic aperture radar)是对地遥感观测的重要技术手段.作为民用星载SAR的第一颗卫星,HJ-1C卫星即将发射,因此文中针对其成像处理中涉及的关键技术开展了研究工作,包括精确的斜视等效距离模型下的扩展ECS(extended chirp scaling)算法的补偿因子、三次相位误差补偿因子形式的分析,快速的回波数据模拟算法的建模和实现,以及精确的Doppler参数计算方法以及对扫描模式成像算法中拼接环节的算法改进.通过理论研究分析和仿真验证,证明基于等效斜视模型的扩展chirp scaling算法是适应条带、扫描成像模式的精确算法.     

一种改进的固定接收机双基地SAR成像算法

从固定接收机双基地SAR的信号模型出发,分析基线变化带来的方位移变性,包括距离徙动曲线和多普勒调频率随目标方位位置的变化;进而提出一种扩展的NLCS算法,给出该算法的具体操作流程,推导其中各相位补偿函数的解析表达式.仿真结果表明,该算法能适应固定接收机双基地SAR的方位移变,获得较好的目标聚焦效果.     

基于贝叶斯理论的多载频SIAR雷达频率分集角度测量

SIAR雷达采用多载频正交发射、多天线接收模型,通过频率分集处理,其接收回波经过变换等效为非均匀空域采样信号,常规傅里叶变换处理得到的目标谱分析会出现较大的旁瓣效应,文中先对接收天线位置进行预排序处理,之后通过贝叶斯后验概率分布准则,采用l2范数对目标功率谱进行加权约束,进而获得空间均匀采样阵列回波.仿真试验给出了目标在不同SNR、不同外推阵列个数及不同仰角下的谱分析,仿真结果有效验证了SIAR雷达在高分辨角度测量等方面的优势.     

室内距离向合成孔径激光成像的实验研究

（逆）合成孔径技术和激光技术的结合，综合了（逆）合成孔径雷达和激光雷达的优势，可以得到高分辨率的二维图像，是一个研究热点．给出了逆合成孔径激光成像雷达原理性的室内成像系统和数据处理方法．系统采用收发镜头分离的方式，可以有效的消除来自镜头和光纤断面等的干扰．数据处理中，给出了基于参考通道技术的一种频率非线性的时域补偿方法，有效的解决了可调谐激光器发射脉冲频率非线性的问题，然后结合已有的平动补偿技术和逆合成孔径成像算法，得到了逆合成孔径激光雷达成像图像．最后，实验结果证明了系统的可行性和所给处理方法的有效性．     

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.     

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.     

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．     

基于MAPC-RISR的MIMO雷达距离——角度二维超分辨率成像算法

MIMO雷达作为一种新型的雷达体制,其成像兼具实时性和高分辨率的特点,为了充分发挥MIMO雷达在成像方面的优势,提出一种高分辨率的MIMO雷达成像算法.首先将MIMO雷达成像过程分为距离向脉冲压缩和方位向聚焦成像两个过程,采用多波形自适应脉冲压缩技术(MAPC)实现距离向脉冲压缩和发射波形分离,然后在MIMO雷达虚拟阵列端利用超分辨率空间谱估计方法(RISR)进行方位向聚焦成像,得到了观测区域的距离—角度二维高分辨率的成像结果.理论分析表明,与已有的MIMO雷达自适应成像算法相比,所提方法降低了算法复杂度,提高了运算效率.仿真实验验证了所提MIMO雷达成像算法的有效性与优越性.     

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.     

多视观测下雷达转台目标成像的关键参数估计

转台目标模型是逆合成孔径雷达等高分辨率雷达成像系统的基本模型,联合利用多视角观测数据可有效提高转台目标的成像分辨率.针对目标转速、多观测视角差等先验条件未知的转台目标观测情形,文中提出一种基于距离多普勒图像域散射中心位置提取的目标转速、等效旋转中心及各次观测视角差的顺序估计方法.进而,结合卷积逆投影(CBP)算法,形成雷达转台目标高分辨率融合成像的完整方案,取得了优于单视角观测的成像分辨率.同时,分析了参数估计方法的性能及影响性能的若干因素,并通过Monte Carlo仿真验证了性能分析结果.最后,数值实验结果进一步验证了所提供参数估计方法的有效性.     

一种新的多极化星载SAR工作方式研究

将多极化星载SAR系统与距离向数字波束形成技术相结合,提出了多极化星载SAR"空分+码分"工作方式.在"空分+码分"工作方式下,发射信号时,在一个脉冲重复周期内首先水平极化天线发射子脉冲,为水平极化的正线性调频斜率线性调频信号,延时一定时间后,垂直极化天线发射子脉冲,为垂直极化的负线性调频斜率线性调频信号,实现码分;接收信号时,方位向和距离向多孔径同时接收,利用距离向数字波束形成分离出前后脉冲所对应的各极化回波分量,实现空分.该系统脉冲重复频率等于单极化SAR系统脉冲重复频率,同时距离向使用数字波束形成技术有效降低了距离模糊.文中分析了主要系统参数,包括脉冲重复频率、孔径间发射脉冲延时、模糊度,并与传统单极化SAR进行了比较.仿真结果表明多极化星载SAR采用"空分+码分"工作方式是可行的,并具有较好的特性.     

α进制最小能量区间小波框架的构造

基于小波多尺度特征和信号多通道理论需要,本文对a进制最小能量区间小波框架进行了系统研究,其中a为任意大于等于2的正整数.首先,给出了a进制最小能量区间小波框架的定义,建立了a进制最小能量区间小波框架的充要条件;其次,我们设计了支撑长度为任意整数γ的a进制最小能量区间小波框架的构造算法,并构造性地给出了构造算法所涉及矩阵的表达式;最后,给出了最小能量区间小波框架的分解与重构算法,并构造了数值算例.     

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.     

一种新的信号二进小波变换模极大值重构信号的迭代算法

基于Hilbert空间单调算子理论和求解单调算子方程的迭代算法, 给出了一个新的基于信号二进小波变换模极大值重构信号的迭代算法, 证明了算法的收敛性. 同Mallat的交替投影算法相比, 该算法更加简单、快速和有效. 数值实验表明, 对于不同类型的信号, 该算法仅需要较少的几次迭代, 就可获得较好的重构效果.