机载气象雷达的三维湍流模型和探测仿真方法

对湍流等复杂气象目标的探测仿真是研究复杂气象目标的有效方法,为了提高机载气象雷达对湍流目标的探测仿真系统的精度,提出一种新的基于蒙特卡罗原理的大气湍流三维建模方法。基于相关函数矩阵生成了Von Karman湍流模型,将该模型应用到机载气象雷达湍流目标检测系统中,通过该数学模型生成湍流的雷达回波模型,对湍流目标的多普勒速度和谱宽进行估计和分析。仿真结果表明,该模型可以满足机载气象雷达湍流目标仿真时对湍流风场数值的要求,通过理论分析与仿真数值的相关性检验对比,证明所提仿真模型符合理论模型特征且具有较高的仿真精度,满足大气湍流的统计特性。通过与Dryden模型在湍流探测仿真结果进行对比,所提模型更接近于真实风场特点。     

LFMCW体制下基于TDPC-JDL的低空风切变风速估计方法

机载气象雷达下视探测低空风切变时目标信号会淹没在强杂波背景中,针对风场速度估计不准的问题,提出了一种线性调频连续波(linear frequency modulated continuous wave, LFMCW)体制下基于两维两脉冲对消-局域联合处理(two dimensional pulse-to-pulse canceller-joint domain localised, TDPC-JDL)的低空风切变风速估计方法。该方法首先利用载机速度和雷达工作参数设计TDPC预滤波器对回波数据进行预滤波,降低杂波功率;然后,利用局域联合处理对预滤波后的数据进行空时二维滤波;进而实现风场速度的准确估计。     

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。     

基于多普勒特性的飞机尾流回波提取方法

飞机尾流探测技术是航空安全领域的重要研究课题。使用一组均匀分布的粒子模拟尾流涡旋的运动特征,研究了潮湿大气中尾涡多普勒谱的视频回波仿真方法。尾流回波的信噪比很低,降低检测门限的方法导致产生大量虚警。为了克服这个缺点,基于尾涡多普勒特性,提出了一种利用多层前馈神经网络提取尾流回波的方法。仿真表明,尾流回波的多普勒谱谱宽较大,谱型不同于气象回波的高斯谱,通过对比分析验证了神经网络提取方法的有效性。研究结果有助于利用脉冲多普勒雷达对飞机尾流探测技术的研究。     

基于CMCAP的低空风切变风速估计方法

针对机载气象雷达在存在幅相误差影响时,杂波抑制性能下降,低空风切变风速估计不准确的问题,提出了基于组合空时主通道自适应处理(combined space-time main channel adaptive processing, CMCAP)的低空风切变风速估计方法。该方法首先对待测距离单元的雷达回波数据利用构造的降维联合空时变换矩阵进行自适应降维处理,然后构造降维处理器的最优权矢量对降维处理后的数据进行自适应滤波,进而在存在幅相误差的情况下实现风场速度的准确估计。后续仿真结果证明了所提方法的有效性。     

基于压缩感知的高频地波雷达二维DOA估计

针对高频地波雷达(high frequency surface wave radar, HFSWR)目标角度估计问题,提出了一种基于压缩感知(compressive sensing, CS)的距离多普勒(range Doppler, RD)域单快拍二维波达方向(direction of arrival,DOA)估计方法。分析了在RD域进行DOA估计的理论可行性及单快拍处理的优势;基于子空间追踪思想提出了一种针对L型阵列的二维DOA估计降维后的角度配对和修正方法,在低信噪比和目标回波幅度接近的情况下仍能保证完成正确的匹配并消除无效的角度组合,从而实现精确的二维DOA估计和目标空域分辨。仿真结果和高频地波雷达实测数据的处理结果分别验证了其性能优势和有效性。     

单次快拍波达方向矩阵法

提出了一种新的基于阵列系统单次快拍数据的相干信源二维波达方向(direction of arrival, DOA)快速估计方法--单次快拍波达方向矩阵法(single snapshot DOA matrix method, SS-DOAM)。该方法保持了原DOA矩阵法无需二维谱峰搜索和参数配对的优点,利用阵列系统结构特点,构建单次快拍数据矩阵,通过对单次快拍波达方向矩阵进行特征分解,解决了二维DOA估计问题并实现了相干信源完全解相干。由于该算法只利用一次快拍数据,不需要快拍累计和进行相关运算,计算复杂度大幅降低,适用于对二维DOA估计实时性要求高的应用背景。针对单快拍算法在低信噪比时估计误差较大的问题,进一步提出了利用同相数据叠加来改善估计精度的对策。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于L型阵列MIMO雷达的DOA矩阵方法

首先提出一种基于波达方向（direction of arrival, DOA）矩阵思想的L型阵列多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达二维角度估计方法。通过将L型阵列MIMO雷达所产生的二维虚拟平面阵列划分为两个子阵,并构造估计矩阵以实现二维角度估计。在此基础上,针对角度兼并问题,进一步提出联合对角化DOA矩阵方法。该方法通过构造4个子阵,并采用联合对角化方法估计目标二维角度。该方法在保持原DOA矩阵法无需二维谱峰搜索和参数配对等优点的基础上避免了角度兼并问题,能够减少阵列孔径损失,有效提高阵元利用率和角度估计精度。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

双基地MIMO雷达的DOD和DOA联合估计

将收发端各分成两子阵,建立了非均匀线阵下的双基地多输入多输出雷达数学模型。提出了ESPRIT谱搜索法和ESPRIT多项式求根法两种角度估计算法,并利用最大似然估计法实现了参数的正确配对,其优点是当不能提取出收发旋转不变因子时,应用本文算法仍能进行角度估计,放宽了ESPRIT算法对阵元配置的要求。仿真实验表明,低信噪比时,ESPRIT多项式求根法的估计精度优于ESPRIT谱搜索法;高信噪比时,两者的测向精度均接近于克拉美罗下限。同时,ESPRIT多项式求根法避免了谱峰搜索,极大地减少了计算量,在实际应用中更有利于推广。     

基于Beta过程的高分辨ISAR成像

对于高信噪比、完整回波、目标平稳运动等理想观测环境,现有成像技术已经较为成熟,可以获得聚焦良好的高分辨逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)像。但在实际中的方位回波缺损与低信噪比观测情况下,随机相位误差等因素会降低现有成像算法的性能甚至使其失效。本文首先建立了ISAR稀疏观测模型,并基于稀疏贝叶斯学习理论,通过引入Beta过程非参数先验构建层级概率模型,进而交替利用Gibbs采样及最大似然方法对ISAR像及随机相位误差进行估计。实验结果表明,所提方法在低信噪比、回波缺损等复杂观测环境下能够获得聚焦良好的ISAR图像。     

双基地雷达微动空间目标全极化回波仿真方法

由于双基地雷达具有反隐身、抗干扰、抗摧毁等诸多天然优势, 双基地雷达的目标探测和识别问题逐渐成为研究热点。以双基地雷达微动空间目标为研究对象, 首先分析了电磁计算双基地散射数据和双基地雷达目标回波的对应关系, 然后指出了利用电磁计算数据获得的目标仿真回波与目标真实回波极化坐标系的差异, 并提出了相应的校正方法, 最后进行了仿真验证。结果表明, 所提方法保证了电磁仿真回波数据与实测回波数据的极化一致性, 可以为后续的双基地雷达目标特征提取、目标识别等算法研究提供数据支撑。     

Long term integration of radar signals with unknown Doppler shift for ubiquitous radar

Ubiquitous radar is a new radar system that provides continuous and uninterrupted multifunction capability within a coverage volume. Continuous coverage from close-in "pop-up" targets in clutter to long-range targets impacts selection of waveform parameters. The coherent processing interval (CPI) must be long enough to achieve a certain signal-to-noise ratio (SNR) that ensures the efficiency of detection. The condition of detection in the case of low SNR is analyzed, and three different cases that would occur during integration are discussed and a method to determine the CPI is presented. The simulation results show that targets detection with SNR as low as -26 dB in the experimental system can possibly determine the CPI.     

A Target Recognition Approach to Projecting HRR Profiles onto Subspace

Abstract: A array of the azimuthally averaged range-profile vectors and the inter-class and intra-class divergence matrixesare constructed iwth many frames of the high resolution range profiles which result from radar echoes of airplanes. Takingthe methods of whitening transformation and SVD produces a system of subspace vectors for target recognition. Where-upon, a template library for target recognition is built by the projection of a class-mean vector made from the radar dataonto the subspace for recognition. By Euclidean distance, a comparison is made between the above projection and eachtemplate in the library, to decide which class the target belongs to. Finally, simulations with the experimental radar dataarte given to show that the proposed method is robust to variation in azimuth and immune to additive Gaussian noisewhen SNR≥5dB.     

雷达距离超分辨降噪技术及残留噪声统计特性分析

基于高分辨阵列处理算法估计雷达目标回波时延较常规的模糊图技术可获得增强的距离分辨力。本文对我们最近提出的一种针对线性／非线性调频（ＬＦＭ／ＮＬＦＭ）雷达脉压的降噪算法及残留噪声的统计特性进行了分析，并在此基础上提出了有效的距离超分辨处理方法。计算机模拟验证了分析的正确性并表明这一降噪预处理技术可大大降低雷达距离超分辨处理的ＳＮＲ门限。     

双基地多载频MIMO雷达目标运动参数估计

双基地多载频多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达采用稀布阵发射多载频调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)信号,阵列接收目标回波。本文分析了双基地多载频MIMO雷达的信号模型,提出将多项相位变换和解调频技术结合来进行目标运动参数估计的方法,从而大大减少了运算量。针对多载频MIMO雷达提出了一种新的解速度模糊方法,该方法原理简单、易于工程实现,且速度估计精度较高。仿真结果表明,本文方法能够对目标运动参数进行有效估计。     

Feature Extraction of Localized Scattering Centers Using the Modified TLS-Prony Algorithm and Its Applications

Feature Extraction of Localized Scattering Centers Using the Modified TLS-Prony Algorithm and Its Applications~~~~     

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SE-ResNeXt网络的低信噪比LPI雷达辐射源信号识别

针对低信噪比(signal to noise ratio, SNR)低截获概率(low probability of intercept, LPI)雷达脉内波形识别准确率低的问题,提出一种基于时频分析、压缩激励(squeeze excitation, SE)和ResNeXt网络的雷达辐射源信号识别方法。首先通过Choi-Williams分布(Choi-Williams distribution, CWD)获得雷达时域信号的二维时频图像(time-frequency image, TFI);然后进行TFI预处理降低噪声干扰和频率维的位置分布差异,以适应深度学习网络输入;最后在ResNeXt基础上加入扩张卷积和SE结构提取TFI特征,实现雷达辐射源分类。实验结果表明,SNR低至-8 dB时,该方法对12类常见LPI雷达波形的整体识别准确率依然能达到98.08%。     

高分辨雷达-维距离像稀疏表示技术

高分辨雷达回波信号处理和特征提取技术受到广泛的关注.针对雷达目标几何绕射参数化模型,采用稀疏成份分析方法研究了高分辨距离像的超分辨重构和特征提取问题,分析了正则化函数的指标参数对信号重构性能和计算复杂性的影响,在此基础上提出了一种具有稀疏表示能力的正则化函数,实现了目标散射中心的有效分离.数值结果也验证了该方法的合理性和有效性.