无须阵列校准的一种来波方向估计算法

针对高频地波雷达回波信号的特点,提出了一种基于4阶累积量的阵列无源校正的方法.利用海面上检测到的点目标的一维远场窄带信息构建虚拟DOA(direction of arrival)矩阵,利用冗余信息在低信噪比、短数据情况下进行高分辨阵列测向.该算法利用方程组求解,而不需搜索最优解,极大减少了计算量,便于实时跟踪.同时在处理阵列测向问题时,具有抗噪能力强、阵列孔径扩展和对DOA估计的选择性等功能.实验结果证明:在低信噪比和短数据的情况下,该方法具有可行性和工程应用性.     

基于自动识别系统信息相关系数法的阵列幅相误差校准方案

针对高频地波雷达系统的工程应用,提出一种基于自动识别系统(automatic identification system, AIS)信息相关系数法进行阵列幅相误差校准的方法。该方法利用低信噪比的舰船回波信号,可以实现同步校正,不需要专门部署应答器,且成本低,对于不能借助直达波校准的单基地高频地波雷达系统同样适用。分析现场的实测数据结果表明,通过该方法对阵列幅相误差进行校准可以获得稳定的幅度、相位校准值,校准后多信号分类(multiple signal classification, MUSIC)空间谱估计方位角的准确性和分辨率得到大幅度提高,进而显著改善利用MUSIC算法估计海流方位角的高频地波雷达系统海流探测性能。     

利用CEMD抑制高频地波雷达射频干扰的工程应用

为了抑制高频地波雷达(high frequency ground wave radar, HFGWR)射频干扰(radio frequency interference,RFI),本文提出了复数经验模态分解(CEMD)方法,在抑制射频干扰的同时,最大程度上保留有用信号。通过模拟及实测数据的验证分析：该方法在不损失有用信号的基础上有效抑制了射频干扰,且处理速度快,满足高频地波雷达实时工作要求。     

利用复数经验模态分解抑制高频地波雷达射频干扰的工程应用

为了抑制高频地波雷达(high frequency ground wave radar,HFGWR)射频干扰(radio frequency interference,RFI),提出了复数经验模态分解(CEMD)方法,在抑制射频干扰的同时,最大程度上保留有用信号。通过模拟及实测数据的验证分析,该方法在不损失有用信号的基础上有效抑制了射频干扰,且处理速度快,满足高频地波雷达实时工作要求。     

用感知机学习算法改善MUSIC测算法的分辨率

文中指出了通过计算机仿真了解到的影响MUSIC测向算法分辨率的一些因素，分析了造成MUSIC测向算法计算机仿真的分辨率较低的原因，并提出了一种用人工神经网络中的感知机学习算法改善MUSIC测向算法计算机仿真分辨率的方法。     

浮标式高频地波雷达研制

浮标式高频地波雷达是一种能够突破传统地波雷达仅能沿海岸线布设的限制,通过接收天-地混合路径回波,将探测范围扩展至远海区域,大大增强雷达系统部署的灵活性的新型高频地波雷达。该系统具有可拓展性,具备进一步接纳雷达节点的能力,为多样性的应用提供了可能,该系统在国内是首次论证并自主设计,是我国海洋技术领域在十二五期间的863重点课题。浮标式高频地波雷达主要由地波雷达分系统、浮标平台分系统、软件子系统、电源通信运管分系统组成,其结构紧凑、功耗低,环境适应性好。通过研究浮标式高频地波雷达总体技术、多频段多通道并行的被动相参接收技术、基于多径多源信息融合算法反演技术、运动与姿态(多谱勒频移)补偿技术、圆形天线阵列及其自适应波束形成技术、浮标平台稳定性设计技术、海洋环境密闭防腐设计技术、电源通信运行管理控制技术,并在软件算法设计、浮标平台设计、低功耗雷达主机设计、雷达全自动化工作等方面进行重点突破,基本完成了浮标式高频地波雷达的研制开发任务。目前产品初装已全部完成,并已完成硬件联调,具备进行软件联调及外场试验阶段的条件。     

分布式高频超视距雷达探测与组网技术研究

高频地波雷达海洋环境监测技术在国家863计划持续支持下已形成较为完整的自主知识产权体系,并已开始了产业化进程。随着国家海洋资源开发、生态与环境保护、防灾减灾以及国防战略等需求的日益增长,一方面要求提高雷达对沿岸海洋要素探测的精细化程度,另一方面也要求显著提升雷达对远海的探测能力,突破地波雷达目前仅能沿海岸线布设的模式。该项目研制并建设成一个分布式高频超视距雷达海洋环境监测示范网,它由一部浮标式高频地波雷达、三部具有"多发多收"工作模式的双/多频岸基高频地波雷达和一个高频天波发射站构成,通过卫星同步组成可协同工作的天-地波综合海洋环境探测网。实现近岸200 km精细化观测、岸基350 km探测、浮标式高频地波雷达条件下远至离岸1 000 km范围(涵盖日本附近、台湾以东的远海)海洋表面动力学要素信息的快速获取。开展规范化比测试验,推动高频超视距雷达风、浪、流探测尤其是对灾害性海洋天气和海上环境事故的监测进入业务化运行水平,为我国大面积海洋环境监测提供新型骨干设备。     

用感知机学习算法改善MUSIC测向算法的分辨率

文中指出了通过计算机仿真了解到的影响MUSIC测向算法分辨率的一些因素 ,分析了造成MU SIC测向算法计算机仿真的分辨率较低的原因 ,并提出了一种用人工神经网络中的感知机学习算法改善MU SIC测向算法计算机仿真分辨率的方法     

双基地米波MIMO 雷达低空目标俯仰维DOD和DOA联合估计方法

对于双基地米波多输入多输出(MIMO)雷达低空目标俯仰维测向场景,受多径效应影响,发射接收导向矢量因存在耦合现象而与噪声子空间失去正交性,导致以多重信号分类(MUSIC)为主的子空间类算法在该场景下不可用,而基于空间平滑预处理的子空间类算法由于阵列孔径损失存在角度估计精度不高的问题。为解决上述难题,建立了双基地米波MIMO 雷达单目标和非相干多目标镜面反射信号模型,在信号模型数学变换和分析的基础上发现了一种仍旧与噪声子空间正交的导向矢量矩阵,然后利用新的导向矢量矩阵结合广义MUSIC和最大似然算法提出了双基地米波MIMO 雷达低空目标俯仰维波离方向和波达方向联合估计方法,最后通过仿真验证了所提方法的有效性和俯仰维测向性能的优越性。     

基于线性预测外推的高分辨率雷达成像

为了提高实验室合成孔径雷达(SAR)成像系统的分辨率,采用自回归(AR)模型,对采集到的数据进行距离向和方位向上的线性预测外推,对外推后的数据进行快速傅里叶变换(FFT)。实验结果表明,相比于传统的快速傅里叶变换成像算法,在同样的硬件条件下,使用该方法可以提高该系统的纵向及横向的分辨率,得到更清晰的雷达图像,或使用较小孔径长度就可以获得相同质量的雷达图像;并且该算法计算速度较快,易于操作,便于在系统上实现实时成像。     

基于四阶累积量虚拟阵列扩展的DOA估计

针对Music-like方法能很好地扩展阵列孔径,但计算量较大的问题,提出了一种虚拟阵列扩展的新方法。该方法基于四阶累积量孔径扩展的性质,由实际阵元的坐标与方向矢量直接计算出虚拟阵元的坐标与方向矢量,利用两种阵元坐标之间的关系构造四阶协方差矩阵,运用MUSIC(Mu ltip le S ignal C lassification)算法对非高斯独立信号源进行DOA(D irection of Arrival)估计。该方法在任意阵列的情况下,对非高斯独立信号源进行一维与二维DOA估计,均能准确估计出多于实际阵元数目的方向角与仰角。实验表明,对一N元阵列,该方法最多能够扩展N2-N 1个虚拟阵元,能够估计出N2-N个非高斯独立信源,提高了阵列的空间分辨能力,有效抑制了高斯噪声的干扰,减少了高阶累积量协方差矩阵的计算量。     

基于互质阵列的米波雷达低仰角估计方法

目前基于互质阵CPA虚拟阵列的低仰角估计方法虽然近似可行,但受多径效应影响,其存在测角误差大的问题。对此提出一种基于互质阵物理阵列的实值低仰角估计方法,首先利用互质阵列建立信号模型,并根据物理阵元位置计算回波信号协方差矩阵,然后对其进行实值处理后利用最大似然估计或广义多重信号分类MUSIC算法获得精确的低仰角,最后利用几何关系获得目标高度。仿真实验对比了均匀线阵和互质阵虚拟阵列法的低仰角估计性能,在重点分析目标仰角、信噪比和快拍数等因素对低空目标仰角估计精度的影响的基础上得出一般性结论,证明了所提估计方法的准确性与优越性。     

基于内插阵列变换的相干源测向方法研究

利用内插阵列变换和前/后向空间平滑技术在阵列信号处理中的优点,提出了一种对相干信源进行超分辨测向的有效方法.该方法首先在不同的内插区间将均匀圆阵虚拟成等距均匀线阵,使其阵列流型具有Vandermonde矩阵形式,然后使用基于前/后向空间平滑技术的MUSIC算法对相干信号的波达方向进行有效地估计.该方法的主要优点在于,当相干信源数多于阵元数时仍可有效地估计出相干信源的二维波达方向,并且可实现全方位、无模糊的角度估计.计算机仿真证明了其有效性.     

平面六边形天线阵列波达方向估计

分析了智能天线自适应算法波达方向估计（DOA）问题,在一维MUSIC算法的基础上讨论了二维六边形天线阵列的空间谱并进行了Matlab仿真实验;仿真结果表明,六边形天线阵列不仅可以判断波达方向的俯仰角而且可以判断方位角;同时讨论了DOA算法的分辨率,与一维MUSIC算法相似,二维条件下六边形天线阵列具有良好的角分辨率,可以满足非相干信号的工程要求。     

小卫星直线编队合成孔径雷达的对地观测性能

为了解决单孔径星载合成孔径雷达方位分辨率和观测带宽之间的矛盾,提出采用较低的脉冲重复频率,通过对多个小卫星平台的欠采样数据组合处理实现高方位分辨率的方法,分析了小卫星数目、方位分辨率和观测带宽之间的关系,建立了卫星分布距离计算公式.分析结果表明,2N-1颗小卫星组成的直线编队SAR系统与单孔径SAR系统相比,在方位分辨率相同时,观测带宽增加到原来的N倍,改善了SAR系统对地观测的性能.     

基于改进波束域MUSIC算法的高分辨方位估计

波束域MUSIC算法在波束域高分辨目标方位估计算法中是最具代表性的方法.和阵元域处理相比,波束域处理具有计算量小,分辨信噪比门限低的优点,文中论及窄带信号的波达方向估计问题,提出了高分辨处理的一种改进的波束域MUSIC算法.仿真计算表明,这种改进算法降低了信号的分辨信噪比门限.     

基于BP神经网络的海上目标检测

为了减少展宽的一阶海杂波谱对空间超分辨谱估计技术的影响,提高MUSIC算法的检测性能,用BP神经网络实现海杂波预测和对消.利用神经网络的可对任意非线性函数模拟的特性,对展宽的海杂波进行模拟.用模拟后的结果实现一阶海杂波的对消,来满足MUSIC算法的应用条件.最后,用MUSIC算法分辨海上目标的方位信息.实验结果表明,对消前后目标背景噪声子空间特征值发生改变,对消后更接近于MUSIC算法的假设条件,提高了MUSIC算法的检测性能,扩大了MU-SIC算法的应用范围,实现在非高斯噪声背景条件下应用MUSIC算法检测目标.     

基于压缩感知的合成孔径雷达二维成像算法

通过对合成孔径雷达回波信号的分析,利用压缩感知理论基于信号稀疏性或可压缩性的基本原理,提出了方位稀疏表示的一种新方法,在此基础上给出了基于压缩感知的SAR回波信号处理方法和二维成像算法,实现了压缩感知对信号的全新采集和编解码,以较少的数据量实现成像,有效地抑制旁瓣,在一定程度上提高了成像中目标的分辨率,为有效降低高分辨合成孔径雷达的数据率提供了一种有效途径。通过对仿真数据和实测数据的处理验证了所提方法的可行性和有效性。     

高频地波雷达的阵列互耦校正

针对分布式高频地波雷达（HFSWR）的工程应用,研究了基于自适应混合算法（AHA）的阵列无源校正方法.该方法将阵列误差估计问题转化为多元参数的联合估计问题,利用改进的混合算法得到了该优化问题的最优解估计.利用海洋回波校正了分布式高频地波雷达阵列幅相误差之后,将该方法应用到雷达系统的阵列互耦误差校正.仿真和现场实验实测数据的分析表明,该方法对空间谱算法性能的改善十分明显,验证了其有效性.