X波段瞬态极化雷达射频前端关键技术研究

瞬态极化新体制雷达,通过单脉冲获得瞬时极化散射矩阵来提取目标特征信息,提高了雷达系统在复杂电磁环境中的探测、抗干扰和反隐身等方面能力。基于该雷达工作原理,提出“同时正交双极化”的射频前端设计方案,完成了国内首部瞬态极化雷达试验系统射频前端的研发。采用正交双通道和幅相一致性技术保证了雷达实现瞬态极化的功能,采用滤波技术保证了射频系统的频谱纯度;采用低噪声放大技术有效降低了接收机噪声系数;采用直接频率综合技术提高了射频系统频率稳定度和相参性能;结构集成一体化设计保证了射频收发前端的电磁兼容性能和便携性。射频前端测试结果均优于指标要求,并支持试验系统初步解决了目标极化散射特征提取与识别领域的基础性和共性难题。     

Instantaneous measurement for radar target polarization scattering matrix

 Adopting“simultaneous transmitting, simultaneous receiving”operational scheme, instantaneous polarization radar (IPR) can measure target polarization scattering matrix (PSM) using only once target echoes in two orthogonal polarization channels. Firstly, signal model and signal process are advanced under narrowband condition. Secondly, measurement performances of two typical IPR waveforms are analyzed in detail. At last, field experiments are carried out using X-band IPR system designed by National University of Defense Technology (NUDT), China. Compared with results obtained by alternative polarization measurement scheme, following results can be obtained: the difference of relative amplitude measurement results is smaller than 2 dB and that of relative phase measurement results is smaller than 10?, verifying the validity of instantaneous polarization measurement scheme.     

基于正交频率分集的目标全极化瞬时测量方法

针对当前雷达目标瞬时全极化测量方法仅限于窄带应用的不足,结合正交频率分集复用原理,设计了一种用于宽带全极化瞬时测量的雷达信号波形。通过选择合适的测量频点、测量频差等参数,可在频域消除子载波互扰误差,获取雷达目标在各测量频点的极化散射矩阵。在建立回波信号模型基础上,给出了极化散射矩阵估计算法,并分析了多普勒频移补偿误差对测量结果的影响。仿真结果表明,当信噪比大于5 dB时,极化散射矩阵在各测量频点的相对测量误差小于-20 dB,验证了该方法的有效性。     

Solution for polarimetric radar cross section measurement and calibration

The exact radar cross-section （RCS） measurement is difficult when the scattering of targets is low. Ful polarimetric cali-bration is one technique that offers the potential for improving the accuracy of RCS measurements. There are numerous polarimetric calibration algorithms. Some complex expressions in these algo-rithms cannot be easily used in an engineering practice. A radar polarimetric coefficients matrix （RPCM） with a simpler expression is presented for the monostatic radar polarization scattering matrix （PSM） measurement. Using a rhombic dihedral corner reflector and a metal ic sphere, the RPCM can be obtained by solving a set of equations, which can be used to find the true PSM for any target. An example for the PSM of a metal ic dish shows that the proposed method obviously improves the accuracy of cross-polarized RCS measurements.     

基于全极化GTD模型的雷达目标二维散射中心提取

针对全极化二维GTD散射中心模型,首先提出一种二维极化线性变化(polarization linear variation PL)的ESPRIT算法(2D-PL-ESPRIT)用于提取雷达目标散射中心参数;其次,就2D-PL-ESPRIT算法提取目标散射中心的可行性进行了理论分析。相比通过多个单极化通道方法提取散射中心,2D-PL-ESPRIT算法可以有效提高参数估计精度,降低计算复杂度;相比二维极化并行(parallel polarization, PP)的全极化MUSIC方法(2D-PP-MUSIC),2D-PL-ESPRIT算法避免了复杂的二维谱峰搜索以及通过子空间正交方法判断散射类型的步骤,有效降低了运算量。之后,对三种算法进行了复乘计算量的比较以说明2D-PL-ESPRIT算法具有较高的运算效率。最后,通过仿真实验验证了2D-PL-ESPRIT方法用于全极化2D-GTD模型散射中心提取的有效性。     

基于宽带相位修正的散射矩阵变极化基测量

针对目标极化散射矩阵测量中,极化变换过程要求矩阵各元素具有高度的相位一致性,但实际测量很难达到,进而造成变极化基测量结果误差较大的问题.推导了一般化的极化基变换过程,分析了测试系统极化支路相位非对称性对极化变换的影响,结合宽带时频变换算法特征,提出了一种基于宽带高分辨的散射矩阵元素相位修正方法,并通过标准体的实际测量验...     

目标散射矩阵测量新方法的性能比较与分析

雷达极化信息处理的基础是极化测量,目前现有的目标全极化散射矩阵是通过正交双极化通道分时测量体制或瞬时测量体制得到的,对极化测量信号要求高,测量精度比较高,但系统复杂程度和代价也相对较大.利用单极化天线的空域极化特性对雷达接收回波信号进行处理,无需对雷达进行结构改造而仅进行软件技术更新的情况下,也能够获得目标的全极化散射矩阵.将从理论分析和计算机仿真实验2个方面对这2种极化测量体制进行比较和性能分析,通过仿真验证了新方法的优越性和广阔的研究前景,但也存在一定局限性.     

一种单脉冲雷达中的极化估值与滤波算法

针对相位和差测角单脉冲雷达系统,提出了一种极化估值与滤波算法。在单一干扰源条件下,建立了全极化空间信号模型,讨论了极化滤波器的设计问题,对极化滤波的效果进行了理论分析和仿真。研究结果表明,在目标和干扰极化域可分的条件下,采用极化滤波可以改善信干比,提高雷达的角度测量精度。     

Novel polarization filter design for wideband radar

Usually the polarization of the interference and the target backscattering may vary constantly, so the optimal receiving polarization of the polarization filter should be recalculated, which makes the filter realization very difficult. Also the predict method of the necessary parameters is not explained in most papers, which makes the polarization filter realization impossible. A novel modified interference suppression (MIS) polarization filter is proposed, which resolves these problems by a new polarization designed strategy. The computation of this polarization filter is easy in most conditions, and the necessary parameters estimation method in real time is introduced, which makes polarization filter design possible.     

基于MMSE估计的全极化雷达自适应脉冲压缩

针对同时极化测量体制雷达发射波形自相关和互相关特性相互制约的矛盾,提出了一种基于最小均方误差估计的全极化雷达自适应脉冲压缩方法,其核心思想是通过初始化滤波器得到各距离单元散射系数的先验信息,并结合对应极化通道的回波信号,根据贝叶斯原理估计得到每个距离单元的自适应滤波器,在分离各极化通道回波信号的同时实现脉冲压缩。通过设置典型的仿真场景,从检测概率和目标极化散射矩阵估计的均方误差两个方面分析了自适应脉冲压缩算法的性能。仿真结果表明,该算法能有效地抑制邻近距离单元的干扰和不同极化通道之间的互扰,比标准匹配滤波器更好地实现全极化雷达脉冲压缩。     

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...     

全极化SAR半实物仿真系统

在微波暗室内构建了一种全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)半实物仿真系统。系统利用可移动的取样架模拟SAR的飞行轨迹,矢量网络分析仪作为核心仪表放置于取样架上一起运动。矢量网络分析仪的双通道经过扩展端口分别连接到两路垂直和两路水平极化的天线上,在取样架移动的过程中,可一次性获取目标的全极化散射矩阵测试数据。通过改进的滤波〖CD*2〗逆投影算法进行信号处理,获得了目标全极化二维图像。实验给出了L波段和C波段的场景测量及成像结果,通过处理得到的图像分辨率优于0.2 m,并且成像结果与场景的物理特征相一致,验证了该系统的可行性。     

基于相干极化GTD模型的散射中心提取新方法

针对高分辨极化测量雷达体制,提出了一种基于相干极化几何绕射模型(GTD)的雷达目标散射中心提取新方法。首先建立了全极化测量条件下的相干极化GTD模型,并将MUSIC算法拓展用于高分辨雷达目标的全极化散射中心提取。该方法是一种极化和超分辨联合处理方法,它实现了对不同极化通道的散射中心数目、位置、类型、强度以及归一化相干极化散射矩阵的同时估计,同时还因充分利用了全极化信息,提高了各参数估计的精度。基于仿真和实测数据的实验结果验证了该方法的有效性。     

宽带多极化雷达目标模糊匹配识别方法

针对宽带多极化雷达体制,提出了一种雷达目标模糊匹配识别新方法。介绍了距离-极化模糊矩阵的构造和多维模糊匹配的原理,介绍了模糊匹配模式矩阵库的构造方法,利用宽带多极化测量数据进行了目标识别的实验。实验结果表明,该方法匹配运算量少,对目标姿态角的变化有较强的容忍能力,为解决宽带多极化雷达目标识别提供了一条有效的途径。     

基于RCNN的双极化气象雷达天气信号检测

为检测混杂在地杂波、生物杂波中的天气信号, 提高定量降水精度, 提出了基于残差卷积神经网络(residual convolutional neural network, RCNN)的天气信号检测算法。首先, 将采集的极化参数水平反射率因子、差分反射率、相关系数、差分相移率堆叠为三维数组后进行预处理, 将其分为天气信号与杂波信号。然后, 开发并优化RCNN, 给出详细的网络结构。最后, 通过多次实际的降水过程对所提算法的检测效果进行评价。结果表明, 相比支持向量机以及卷积神经网络(convolutional neural network, CNN), 所提算法对天气信号的检测效果更好, 并且在不同仰角以及全年的实测数据上均表现出良好的检测性能。     

Study on the method of polarization suppression of cheating jamming in pulse Doppler radar

1.INTRODUCTION PulseDoppler(PD)radarisanewkindofradarandis widelyusedinmanyfieldssuchasairborneearly warning radar,firecontrolradarandmissileterminalguidance radar,yetitisfacedwiththeseriousthreatenofelectronic interferencesinelectronicwar.Thecheatingjammingof rangeandvelocityarethecommoninterferencetypesfor PDradar.Therangecheatingjammingprevailsonthe radartrackingthejammingsignalfalselyinmeansof rangecheatingandtheradarwillloseitstargetatlast,so theradarcannotworkcorrectly.Fortheveloc…     

基于分层极化特性的箔条云识别方法

箔条作为典型的无源干扰手段,在空中运动扩散和分布取向复杂多变,具有不确定性,其雷达特性相当复杂,即使先进的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)导引头也难以应对.对此,从箔条云的极化特性和空气动力学特性入手,提出一种基于分层极化特性的箔条云干扰识别方法,利用箔条云特有的分层极化特性来识...     

基于信道多普勒特征的外辐射源雷达杂波抑制方法

利用数字广播信号的正交频分复用(orthogonal frequency division multiplex,OFDM)调制特性,提出一种基于信道多普勒特征的外辐射源雷达杂波抑制方法.首先,在子载波域获取每个OFDM符号的频域信道响应值,然后将该信道响应值变换到时域,并在时域利用信道多普勒特征构造杂波子空间项,用于抑...     

基于相位校正信号的变频系统时延测量方法

针对现有群时延测量方法在宽带变频系统测量中,测量效率低、没有有效的群时延解模糊方法的问题,提出了一种基于相位校正（phase calibration,PCAL）信号的高精度时延测量方法和基于扩展中国余数定理（Chinese remainder theorem,CRT）的时延解模糊方法。利用PCAL信号梳状谱的频率特性,通过一次测量即可得到整个测试带宽内不同孔径下的群时延特性。推导了扩展CRT算法稳健的条件,给出了详细的群时延解模糊策略。计算机仿真结果表明,新方法的相对时延测量精度和相对解模糊精度最高可达到ps量级。实际设备测试结果表明,相对时延测量精度达到了0.01 ns量级,CRT相对解模糊精度约为0.1 ns量级。     

层析合成孔径雷达成像航迹分布优化方法

层析合成孔径雷达成像(tomography synthetic aperture radar, TomoSAR)将合成孔径原理用于高程向,通过不同入射角的多幅二维合成孔径雷达图像对高程向反射功率进行重建,从而实现三维成像。TomoSAR中,航迹分布是影响高程向重建的重要因素。针对高程向分布稀疏的情形,压缩感知方法被用于TomoSAR。基于压缩感知的TomoSAR中高程向重建质量取决于观测矩阵的性质,而航迹分布与观测矩阵的重构性能紧密相关。利用一种基于相关系数的观测矩阵优化准则,对航迹分布进行参数优化,从而在航迹数目一定的情况下,实现高程向的优化重建。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。