宽带雷达通信一体化波形设计与雷达成像方法研究

雷达与通信系统一体化可以实现电子资源的共享。提出并设计了一种宽带雷达通信一体化波形--随机调制线性调频步进信号,在实现雷达成像的同时实现数据通信。该信号充分利用现有的随机步进线性调频信号波形设计上的高度灵活性特点,以其子脉冲的载波频率调制通信数据,以子脉冲调频斜率的方向表示地址信息,实现了点到多点通信;分析计算了一体化信号下的信道容量、多址信号的正交性和接收机错误概率等通信性能指标;提出了随机化预处理方法来解决一体化信号在雷达成像中的问题,利用统计相关法实现宽带雷达的一维距离成像,提出并推导了部分参数对成像效果的影响。最后,从通信和雷达成像两方面仿真验证了该一体化信号的可用性和有效性。     

一种NLFM-CPM雷达通信一体化信号设计

针对利用雷达信号调制通信信息提高雷达低占空比脉冲发射形式下的通信速率时,信号自相关旁瓣较高的问题,提出一种基于非线性调频(nonlinear frequency modulation, NLFM)信号的雷达通信一体化信号形式。首先,结合连续相位调制(continuous phase modulation, CPM)建立了NLFM-CPM一体化信号模型。然后,根据雷达自相关性能准则与分辨性能准则,在匹配滤波的处理方案下,分析了一体化信号的调制参数对雷达探测性能的影响。最后,分析了调制参数对通信性能的影响。仿真结果表明,该信号在不损失雷达主瓣能量、距离与速度分辨率以及兼顾通信可靠性的前提下,可实现低于-35 dB的自相关旁瓣。     

基于PRI捷变的雷达通信一体化共享信号设计方法

雷达通信一体化能有效提高频谱利用率, 减小电子设备体积, 是多功能综合一体化电子系统的主要研究方向之一。本文在随机脉冲重复间隔(pulse repetition interval, PRI)雷达的基础上, 提出一种新的基于PRI捷变的雷达通信一体化共享信号设计方法。通过改变发射信号的PRI, 将通信信息嵌入到发射信号中, 在雷达信号处理端, 引入压缩感知理论来完成方位向相参积累, 并实现对目标速度的超分辨估计; 在通信信号处理端, 通过检测脉冲的PRI来完成信息的解调。仿真试验表明, 所提方法在保证雷达探测性能的前提下, 可实现通信信息的稳定传输。     

基于OFDM的雷达通信一体化波形模糊函数分析

在采用OFDM信号实现雷达通信一体化中,通信调制信息会影响一体化波形的模糊函数。针对此问题,结合基于OFDM的雷达通信一体化信号模型,给出了模糊函数的具体形式;讨论了通信调制信息对一体化信号模糊函数的影响;进而提出对通信信息进行预调制的方法,使同一脉冲不同OFDM符号间所调制的通信信息尽可能地具有优良的非周期自相关和互相关特性。理论分析和仿真实验表明,所提方法能很好解决一体化波形模糊函数对通信调制信息敏感的问题。     

雷达信号波形域射频隐身性能评估方法

针对雷达信号射频隐身性能评估中对敌方截获设备的依赖性和评估方法通用性的问题,提出一种基于自身辐射信号特征的雷达信号波形射频隐身性能评估方法。该方法从射频辐射源自身辐射信号的结构出发,通过分析辐射源所辐射信号的周期、占空比,利用希尔伯特变换求出单一周期内脉内信号的瞬时频率、瞬时波形、瞬时相位,归一化脉内信号瞬时参数,从而给出波形域射频隐身指标的定量计算方法。对雷达信号的线性调频波形和相位编码波形进行了仿真对比,仿真结果证明此方法可准确反映出雷达信号波形域射频隐身性能。     

一种步进MFSK调制的雷达通信共享信号设计方法

雷达波形通常采用低占空比的脉冲发射,而通信波形为了提高信息传输速率采用连续波发射。针对利用雷达波形实现通信功能所存在的通信速率低的问题,提出了基于步进频信号的雷达通信共享信号。首先结合多进制频移键控(multi frequency shift keying,MFSK)的调制方式,建立了步进频〖CD*2〗MFSK的一体化信号模型;然后推导出该信号的模糊函数和自相关特性,并分析了携带通信信息对雷达探测性能的影响;最后给出了通信信息的解调方法。仿真结果验证了该信号能够兼顾雷达探测威力和信息传输的效率及可靠性。     

基于SVD的通信信号背景下脉冲波形和初相估计

雷达侦察接收机往往侦察到的是通信和雷达脉冲的混合信号，如何从通信信号背景中有效提取出雷达脉冲波形，是现代雷达信号处理领域中的重要内容。针对这一问题，提出了一种基于奇异值分解的通信与雷达混合信号中脉冲波形估计算法。该算法通过对信号观测矩阵的奇异值分析和协方差矩阵的特征值分析，证明了观测矩阵的奇异值分解具有稳定性，并且奇异值分解能够最佳近似观测信号的线性特征，给出了一种利用左右奇异向量估计脉冲波形及其相对初相的方法。本文的算法适用于任意脉冲波形，并且能够在较低信噪比环境下估计脉冲信号波形和相对相位，仿真结果证明了算法的有效性。     

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。     

OFD-NLFM雷达信号的优化设计及射频隐身性能分析

具有高主副瓣比的雷达信号可以降低无源探测系统的截获概率,从而具有一定的射频隐身特性。利用窗函数反求法设计了非线性调频信号,并利用组合窗法优化非线性调频信号,分析信号的自相关主副瓣比和主瓣宽度。由于多输入多输出雷达具备较好的射频隐身能力,基于单一窗和组合窗设计了正交频分非线性调频信号,给出了不同类型、不同组合系数时信号的自相关主副瓣比、主瓣宽度及互相关峰值电平。研究表明,正交频分非线性调频信号具备较强的射频隐身能力,有较广泛的应用前景。     

基于通信域和雷达域融合特征的无人机集群类型识别算法

目前已有无人机类型识别算法仅通过通信域或雷达域的信号特征实现单个无人机类型的识别，存在识别准确率低等问题。提出了一种基于通信信号和雷达信号融合特征的无人机集群类型识别算法。首先，提取集群通信信号的高阶累积量和瞬时特征统计量，并融合雷达航迹特征构建无人机集群特征矩阵。其次，提出一种改进的特征选择算法—二次筛选的近邻成分分析，对融合特征矩阵进行降维。最后，利用稀疏自编码器网络进行集群类型的识别。仿真结果表明，该算法显著降低了集群特征矩阵的维度(仅为原始矩阵维度的27%),同时在信噪比为0 dB时，对5种集群类型识别的正确率可达88%。     

基于OFDM-LFM的弹载广域SAR成像距离模糊抑制

高弹道弹载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)在对中大型舰船目标进行广域成像时,其高弹道高度和高机动速度特性使图像易产生多重距离模糊,图像质量严重恶化。针对这一问题,提出了一种基于正交频分复用线性调频(orthogonal frequency division multiplexing-linear frequency modulation, OFDM-LFM)信号的正交波形设计方案,该方案采用Bernulli映射的混沌调制序列,对OFDM-LFM信号基进行频率调制,降低了信号的互相关峰值电平和自相关峰值旁瓣电平,进一步提高了发射脉冲间的正交性,且该调制方式可产生多个相互正交的波形,以解决多重距离模糊问题。目标成像仿真结果证明,混沌序列调制的OFDM-LFM信号可有效抑制弹载广域SAR成像的距离模糊。     

杂波背景下机载雷达信号参数的射频隐身优化

面对对方先进的无源探测系统, 射频(radio frequency, RF)隐身是机载雷达抗干扰的一种重要手段。本文首先分析了杂波条件下机载雷达目标探测的RF隐身目标模型, 然后分别针对地杂波与海杂波背景, 以截获因子作为RF隐身性能评估指标, 分析了基于脉冲对消滤波与恒虚警(constant false alarm rate,CFAR)检测技术的机载雷达RF隐身设计方法, 并建立了相应的机载雷达信号参数RF隐身优化模型。仿真利用遗传算法对模型中的辐射功率、驻留时间与脉冲累积个数等机载雷达信号的关键参数进行求解, 仿真结果表明, 两种杂波背景下的信号参数优化模型均能有效地改善机载雷达的RF隐身性能。     

低重频PD雷达对低空飞行器的发现概率计算

提出了低脉冲重复频率(LPRF)PD雷达探测飞行器目标的发现概率计算方法。采用临界仰角法处理雷达的未知参数。将旁瓣杂波合理等效为白噪声,处理目标频移落在旁瓣杂波区的情况。采用等效杂波散射截面积叠加旁瓣杂波中目标临界散射截面处理目标频移落在主瓣杂波区的情况,并考虑偏置相位中心天线(DPCA)技术对临界散射截面的影响。最后以E-2C预警机为例,计算某目标在低空突防时发现概率。结果表明,预警机探测低空突防飞行器目标时,目标减小RCS,或选择海情等级较高时突防成功率较高,而目标高度变化对发现概率影响较小。     

基于小波和神经网络的二相码旁瓣抑制的研究

研究了脉冲压缩中二相编码信号的距离旁瓣抑制问题。在Kwan.H.K等所提的多层感知器方法(MLP)的基础上,提出了一种基于小波变换的神经网络方法(WTNN)。对13位巴克码的实验结果表明,在二相编码信号的旁瓣抑制问题中,WTNN方法在峰值信噪比和抗噪性能方面明显优于MLP方法。WTNN方法也很容易推广到其它伪随机序列的旁瓣抑制问题中。     

约束优化的空间变迹算法的旁瓣抑制应用

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)回波信号具有很高的动态范围, 会导致强目标的旁瓣覆盖临近较弱目标的主瓣, 造成漏检。传统的加窗方法在消除旁瓣的同时会导致分辨率的下降和目标主瓣能量的降低, 空间变迹(spatially variant apodization, SVA)算法的提出有效解决了这个矛盾。然而, 现有的各种SVA改进算法在有效抑制旁瓣的同时却导致了主瓣能量的降低。因此, 本文提出了一种基于约束优化的改进的SVA算法。通过严格约束滤波器的单调性和有效点的选取, 有效解决了主瓣能量降低的问题, 可以在有效抑制旁瓣的同时保留图像的细节信息, 有利于对图像目标进一步的检测与识别。     

多载频相位编码雷达信号自适应脉冲压缩方法

多载频相位编码信号(multi-carrier phase-coded,MCPC)作为近年来备受关注的一种宽带雷达信号,具有较高的频谱利用率、良好的自相关以及频率分集特性等优点,因而在目标检测、抗干扰以及高分辨成像等领域具有较大的应用前景。针对MCPC雷达信号常规脉冲压缩易产生高距离旁瓣而导致强目标邻近的弱小目标检测困难问题,通过对MCPC雷达信号进行建模分析并结合其信号特点,提出了一种MCPC雷达信号自适应脉冲压缩算法,通过利用循环迭代获取每个距离单元的最优匹配滤波器,从而有效抑制了距离旁瓣,提高了对邻近距离单元弱小目标的检测能力。仿真实验验证了该方法的有效性,并进一步分析了编码方式对脉冲压缩距离旁瓣的影响。     

Signal processing technique for randomly discontinuous spectra HF radar waveforms

A major problem with all high frequency (HF) radars is a relatively poor range resolution available due to many interference sources. To avoid the interferences in frequency domain and operate with wideband, the randomly discontinuous spectra (RDS) signal is employed. However, it results in high range sidelobes when matching the reflected echo, which is much more difficult for target detection. A new signal processing technique that is radically different from the conventional technique to lower range sidelobes is introduced. This method is based on suppressing the selfclutter of the radar range ambiguity function (AF) by mismatched filtering. An effective algorithm is adopted to solve the filter coefficients. Simulation results show that the peak sidelobe level can be reduced to -30dB and the achievable system bandwidth is about 400KHz. The technique is adaptable to practical radar systems and applicable for other realtime signal processing.     

相参频率捷变雷达目标稀疏重建性能边界综述

相比频率固定的脉冲多普勒体制, 频率捷变体制在抗干扰方面具有显著优势。但在该体制下, 基于匹配滤波的信号处理算法存在旁瓣平台问题, 难以与动目标检测兼容。压缩感知理论将目标参数估计建模作为欠定方程求解, 为该问题提供了解决思路。在相参频率捷变雷达中, 压缩感知能否准确重建目标是一个基础性问题。本文梳理了针对该问题的相关研究, 借助相变理论与相变曲线的解析表达式, 定量描述了捷变频雷达重建目标的成功概率与主要系统和目标参数之间的关系; 该理论性能边界与仿真实际所能达到的性能相接近。此外, 还探讨了现有成果在实际应用中的价值, 展望了未来研究方向。