分布式OFDM-MIMO雷达非相参积累目标检测方法

针对目标雷达截面积(radar cross section, RCS)空间起伏,不易于常规雷达进行长时间积累检测的问题,结合正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)波形与分布式多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达的特点,提出了一种基于分布式OFDM MIMO雷达的非相参积累目标检测方法。该方法使获得的多路回波信号短时间内非相参并行处理,削弱了长时间积累、复杂的相位补偿以及RCS快起伏对检测性能的影响,有效实现了多个目标的积累和检测。仿真结果证实了提出方法的有效性。     

一种基于最大似然估计的宽带单脉冲测角改进方法

电大尺寸目标的宽带散射回波可看成多个强散射中心的共同作用结果，回波表现为高分辨距离像(high-resolution range profiles, HRRP)的特点。如何利用多个散射中心的回波能量，以提升单脉冲测角的性能是值得深入研究的问题。本文给出的宽带雷达单脉冲测角的最大似然估计(maximum likelihood estimate, MLE)算法，该方法能够积累扩散到多个距离单元的回波能量，从HRRP中获得信噪比(signal to noise ratio, SNR)增益。提出了一种基于回波本身来确定目标距离支集的方法，并在距离支集上实施MLE算法。仿真研究表明：本文所提方法相比于加权平均法和最强点法，能够有效利用距离方向多个散射点的回波能量。MLE算法的均方根误差(root mean square error, RMSE)性能逼近克拉美罗下界(Carmer Rao low bound, CRLB)。     

基于回波预处理和相参积累的C&I干扰抑制算法

C&I(chopping and interleaving)干扰是一种针对线性调频(linear frequency modulation, LFM)雷达的典型干扰样式, 干扰子信号调频斜率与雷达发射信号相同, 利用信号处理工具分离真实回波与干扰信号难度较大。针对该问题, 以LFM相参雷达抗自卫式C&I干扰为背景, 提出基于回波预处理和相参积累的干扰抑制算法。根据估计的回波时延, 设置距离窗截取受干扰回波段, 在此基础上, 通过对回波预处理, 改变不同重复周期内假目标的快时间位置分布, 通过相参积累实现干扰抑制。仿真试验表明, 所提算法能够有效抑制强干扰背景下的C&I干扰, 干扰抑制后真实目标检测概率大幅提高, 虚假目标数量明显减少。     

一种基于谐波数估计的距离扩展目标检测算法

宽带雷达的目标回波信号分布在多个距离分辨单元内,被称为距离扩展目标。距离扩展目标信号傅里叶变换后在距离频率域可表示为由散射点强度和相对位置决定的不同幅度、频率和相位谐波叠加的谐波过程。将高斯白噪声中距离扩展目标检测问题转换为谐波过程的谐波数估计问题来进行目标检测。给出了高斯白噪声中使用总体最小二乘奇异值分解的谐波数估计的距离扩展目标检测器,对检测器的性能分析表明该检测器具有恒虚警性能。使用模拟数据和实测飞机数据的计算机仿真实验表明,本文提出的检测器比能量积累检测器有更好的检测能力。     

基于Chirp Z变换的海面目标帧间非相参积累技术

为提升雷达对海面微弱目标的探测能力,提出基于Chirp Z变换的多圈扫描帧间非相参积累技术。首先,建立多圈扫描采用不同载频时的雷达回波信号模型。然后,提出基于Chirp Z变换的运动目标帧间多普勒校正和距离走动补偿方法,使得多圈扫描数据经过处理后,目标出现在相同的距离多普勒检测单元内,从而可以直接进行帧间的非相参积累,实现对微弱目标检测性能的提升。最后,结合仿真试验和实测数据,验证了所提方法的有效性。     

高斯背景下距离扩展目标的恒虚警率检测

对宽带高分辨率雷达(HRR)中的距离扩展目标进行检测,若还采用分辨雷达的检测方案,目标回波的全部能量得不到充分利用,会影响雷达的检测性能。提出了一类基于二进制积累的距离扩展目标检测算法,推导出了它们的平均虚警概率和平均检测概率的数学解析式,并进行了性能分析和比较。这些方法较常规低分辨雷达方法可获得目标信噪比8个多分贝的性能改善,且这些次优积累的高分辨雷达距离扩展目标检测方法具有易于工程实现的优点。     

高距离分辨(HRR)雷达单个目标回波信号检测

研究了 Ｈ Ｒ Ｒ 雷达单个目标回波的信号检测。由于 Ｈ Ｒ Ｒ 雷达目标检测实质上是延迟目标检测（ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｔａｒｇｅｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）,所以其目标散射模型不是简单的点目标,而是在距离维上呈现出多个强散射点。由于目标的运动,其各距离维上的散射点相对于雷达的位置会不断地发生变化［１,９,１０］。提出的单个目标回波的检测方法是对同一目标的距离维上散射点进行相关积累,以提高其目标信噪比。采用此方法可使 Ｈ Ｒ Ｒ 雷达比低距离分辨（ Ｌ Ｒ Ｒ）雷达的威力高出很多。     

宽带雷达能量积累与信号检测方法研究

通过对宽带雷达信号目标回波特性的研究 ,在小信噪比情况下 ,对比分析了宽带雷达脉间相干积累和脉间非相干积累方法的性能 ,同时对多种不同信号检测方法在宽带雷达中的检测性能进行了对比研究。利用模拟的理想数据和实测数据进行仿真研究的结果表明 ,脉间、脉内均采用非相干积累的滑窗检测方法是一种性能稳定运算代价小的有效方法 ,且实现简单 ,有较强的工程应用价值。     

一种基于相位补偿处理的积累检测器

主要针对宽带雷达下的距离扩展目标提出了一种基于相位补偿处理的能量积累检测器.现有的单脉冲扩展目标检测方法都是在包络检波或平方率检波后进行的,丢失了信号的相位信息,就不可避免的会造成检测性能的损失.从信号的相位分析入手,通过对目标信号的相位进行补偿处理,然后进行能量积累和CFAR检测,实现对扩展目标的检测.最后通过两个Monte Carlo仿真实验,将提出的方法与能量积累检测器作比较,发现在目标散射中心均匀分布及高斯白噪声的假设下,提出的方法有较好的检测性能.     

反舰宽带相参雷达的一种抗箔条干扰方法

以反舰制导雷达为背景,研究了宽带线性调频脉冲多普勒雷达的抗箔条干扰方法。首先建立了弹载宽带线性调频相参脉冲雷达的回波模型,推导了距离-多普勒二维像的形成过程;然后分析了宽带相参雷达舰船目标回波与箔条回波的区别,提出了回波距离-多普勒二维像扩展因子和能量均匀度两个特征指标对舰船和箔条进行区分;结合实际应用环境和箔条干扰的特点,设计了抗箔条干扰算法的判决准则,给出了抗箔条干扰算法的实现流程图;最后对实测数据的处理结果证明了抗箔条干扰方法的有效性。     

基于拖曳长线阵的水下目标模拟系统

水下目标模拟系统对于水下航行体试验与训练、舰艇水声对抗与安全防御等具有十分重要的意义。基于水下目标声学多亮点回波理论,给出了多亮点目标宽带回波信号模型。通过计算机仿真,验证了目标回波各重要特征和目标回波信号模型的有效性。基于拖曳长线阵和高速数字信号处理技术构建了水下目标模拟系统,根据目标回波信号模型综合模拟了水下分布式多亮点运动目标声散射特性,准确模拟了目标不同部位声学亮点的空间方位分布特征。分别对点源目标、真实大尺度目标、拖曳长线阵目标模拟系统进行了声纳目标识别试验,结果表明,拖曳长线阵目标模拟系统的目标特性明显不同于点源目标,而与实际大尺度目标一致。     

基于LFM子脉冲的宽带雷达目标回波模拟方法

在宽带雷达目标回波信号的半实物计算中,需要同时满足实时性和仿真精度的要求。提出一种基于线性调频(linear frequency modulation,LFM)子脉冲的宽带雷达目标回波模拟方法,将LFM脉冲信号分成若干个窄带、短时线性调频子脉冲,通过计算各个子脉冲对应的目标回波信号,来重构全脉冲的宽带目标回波信号。采用这种方法可大幅度减少算法的运算量,显著降低了算法对硬件资源的要求,提高了算法的实时性。计算机仿真结果证明了方法的可行性并具有较高的计算精度。     

双基地雷达系统中的高分辨距离像

采取宽带发射信号,双基地雷达系统获取的目标一维高分辨距离像与单基地雷达下的距离像存在很大差别。首先从回波信号的相位出发,建立了双基地雷达回波信号模型。分析了双基地雷达系统中距离像的特点,并给出了对运动目标双基地距离像的补偿因子。分析了对多散射中心目标的双基地距离像与单基地距离像之间的关系,最后对双基地距离像进行了仿真。所提出的结论为多基地雷达系统利用多站同时获取的双基地距离像构造目标散射点三维结构图奠定了基础。     

高分辨距离像回波模拟与验证

为了在试验室环境下实现对高分辨距离像的回波模拟和成像验证,构建了多散射点和宽带LFM(Linear Frequency Modulation)回波信号模型,描述了回波模拟过程中关键的时域卷积和精确延时实现方法。根据被试设备不同的信号带宽形式,应用宽带回波模拟器对相应的高分辨距离像回波进行了射频实现。通过与目标特性建模软件的数字仿真结果进行对比,验证了高分辨距离回波模拟的逼真度。以某飞机类扩展目标为研究对象进行了仿真验证,实现了优于0.1 m的距离分辨率。     

基于多站微多普勒融合的弹道目标特征提取

宽、窄带混合组网雷达数据融合处理是弹道中段目标特征提取的重要途径。提出了一种基于宽、窄带雷达混合组网的弹道目标融合提取算法,该算法通过窄带自相关处理,获得锥体弹头的进动周期,并结合非线性最小二乘估计,分别估计出组网雷达中各散射中心的幅相参数。然后根据宽、窄带雷达微多普勒特征的融合特性和关联特性,利用加权平均和散射中心关联相结合的方法,提取出锥体弹头的三维进动特征及结构参数,从而实现宽、窄带混合组网雷达的数据融合。计算机仿真验证了该方法的可行性与有效性。     

基于相干Doppler干涉的微动目标宽带成像方法

二维像是雷达目标最重要的特征之一,它反映了目标的几何形状、散射结构等特性。在目标存在微动的情况下,即使目标散射中心不发生越距离单元走动,微动带来宽带回波的非线性相位也会导致方位向的散焦。针对这一问题,提出了基于相干多普勒干涉的微动目标宽带雷达成像算法,其核心思想是在对强散射中心所在的距离单元进行相干多普勒干涉成像的基础上,再进行目标二维像重构。仿真实验验证了所提算法的有效性。     

基于对空无线电引信的平板目标特性建模及仿真

目标的电磁散射特性对回波信号的特性影响巨大。以连续波多普勒体制无线电引信为依托,以平板目标为主要研究对象,研究体目标效应影响下的多普勒信号特性。采用物理光学法和物理绕射法计算目标表面和边缘的雷达散射截面积。建立了平板目标特性模型,结合引信空中弹目交会模型,探讨弹目交会过程中多普勒信号幅度和多普勒频率的变化规律。     

基于频域稀疏压缩感知的雷达目标三维散射中心反演方法

基于平面阵列的微波天线结构可以获取多视角下的目标散射中心三维分布。针对平面阵列稀疏分布导致的目标成像及散射中心反演精度较差的问题, 设计了一种基于组合巴克码的稀疏孔径分布方式。在此基础上, 利用稀疏孔径回波和频域主成分分析得到参考复数信号。利用该参考复数信号对原始回波进行干涉处理, 获得回波频谱的稀疏表征方式。在频域建立基于压缩感知的目标散射中心三维分布模型并进行优化求解, 得到重构后的目标三维频谱, 并逆变换至空间域, 可实现目标散射中心幅度及三维位置重建。暗室试验数据处理结果表明, 所提方法在X波段和稀疏采样率为50%的条件下, 目标散射中心幅度及三维位置反演精度均优于90%。     

宽带弹道高速群目标运动精补偿方法

外场实验中宽带直采模式使得回波数据量较大,弹道目标的微动使散射点徙动严重,频谱变化剧烈。针对此时传统运动补偿不再适用和宽带直采数据处理困难的问题,本文提出宽带弹道高速群目标运动精补偿的方法。首先对宽带数据进行降采样,降低数据量。对降采样的数据使用区域Hough变换进行群目标轨迹分离并计算出对应到原始宽带数据的位置,进行粗运动补偿与信号提取。然后对提取的目标信号采用重心法进一步作运动补偿,再通过时变自回归模型进行时频分析,得到剩余平动参数与光滑的微动特征曲线。利用所得微动参数对目标信号进行精确的运动补偿。最后采用CADFEKO仿真模型实验验证了所提方法的有效性。     

基于极化单脉冲雷达扩展目标角度估计方法

当单脉冲雷达受到箔条质心干扰时, 将视为波束内存在两个不可分辨的目标, 由于目标和箔条干扰回波混叠耦合, 导致单脉冲测角偏差, 最终致使目标跟踪丢失。对此, 利用宽带单脉冲雷达测角精度高的优点和极化信息, 提出一种基于极化单脉冲雷达的扩展目标角度估计方法。首先,分析宽带单脉冲雷达体制下箔条质心干扰的特点, 给出扩展目标双极化和差信号模型。然后, 根据和、差通道极化回波信号, 通过联立方程组, 估计出目标和箔条干扰的到达角(angle of arrival, AOA), 为后续利用目标角度信息跟踪目标提供条件。最后,通过蒙特卡罗仿真实验分析关键参数对目标角度估计性能的影响, 并与传统单脉冲雷达体制的测角方法进行比较。理论分析和仿真实验表明, 在质心干扰条件下, 宽带单脉冲雷达估计目标AOA的性能要优于传统单脉冲雷达。