认知MIMO雷达发射波形与接收滤波器联合优化设计方法

为了突破传统雷达的性能瓶颈，具有发射端自适应机制的认知雷达成为了研究热点，其中发射波形优化设计是认知雷达的核心组成。为了提升机载平台下对运动目标的检测能力，考虑了多输入多输出雷达中发射波形与接收滤波器的联合设计问题，并使用交替优化方法进行求解。在求解最优接收滤波器时，优化问题被建模为经典的广义瑞利熵问题，对此使用最小方差无失真响应方法进行求解以避免特征值分解运算。在设计最优发射波形时，在最大化信杂噪比的准则下建立目标函数，并引入工程常用的恒模约束条件，最终将波形设计问题建模成一个非凸的优化问题。对此，经典的求解方法是先使用近似手段松弛恒模约束，然后使用Charnes-Cooper变换进行求解。区别于经典方法，提出一种基于信杂噪比近似的优化算法以减少计算复杂度。实验结果表明，所提方法不仅具有更快的收敛速度，还可以实现更优的信杂噪比增益性能。     

基于高分辨距离像的MIMO雷达波形设计

波形设计关系到多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达目标检测和参数估计的性能,设计与目标高分辨距离像相匹配的发射波形可以提高雷达目标探测效果。在建立单站MIMO雷达模型的基础上,以最大化系统输出信号与干扰噪声比为准则,研究了波形设计的目标函数和约束条件,并在推导目标函数相位梯度的基础上提出了一种相位域恒模共轭梯度算法来解决该波形设计问题。仿真实验表明,由该算法设计的MIMO雷达相位编码信号可以在多次迭代后逼近理论最优波形的性能,该算法具有收敛速度快、性能稳定、运算量低的特点。     

跟踪机动目标的雷达波形选择新方法

针对多项式预测模型描述的机动目标,提出了一种新的雷达波形选择算法。由于机动目标的运动方程满足多项式的规律,以运动目标的多项式预测模型作为状态方程,Kalman滤波器可以很好地跟踪目标的位移和速度信息,并得到估计误差以及其预测。利用跟踪器得到目标状态估计误差的预测误差椭圆为基准,通过分数阶傅里叶变换来旋转测量误差椭圆,以使得雷达的测量误差椭圆与目标跟踪算法对目标状态的估计误差的预测的误差椭圆正交,从而得到了最优的波形选择。仿真结果表明,所提出的算法在性能上优于对比算法。     

空间相关多基地雷达分辨能力提高方法

针对雷达密集多目标探测问题,考虑一个单发多收多基地雷达系统,在分析空间相关多基地雷达模糊函数的基础上,通过传感器部署、波形选择这两种方法来改变模糊函数形状,达到改善目标分辨性能的目的。文中以模糊函数3-dB投影面积值为指标,对比空间非相关多基地雷达,分析了不同传感器部署和波形选择情况下的目标距离分辨性能,并给出了相应的仿真结果。研究成果不仅能用于对多基地雷达密集多目标探测性能的分析,还能为多基地雷达布站、波形设计等提供一定的理论参考。     

UWB雷达信号设计方法研究

本文首先讨论了高斯白噪声环境下超宽带（ＵＷＢ）雷达信号设计问题，提出了一种自适应最优波形设计方法。这种方法可以集中目标散射回波能量，从而大大提高了接收信号的信噪比；其次，对杂波干扰下的低能量相干目标环境，根据牛曼—皮尔逊准则提出了一种非线性方程牛顿迭代法，与现有的ＵＷＢ信号方法相比，信噪比要改善１０ｄＢ左右。     

针对距离采样失配的多波形自适应脉冲压缩

针对距离单元内调频信号的回波采样点与目标点失配(即距离采样失配)时,引发回波采样波形与参考信号波形之间相位失配以及自适应脉冲压缩性能下降等问题,提出了一种针对距离采样失配的多波形自适应脉冲压缩(multi-waveform adaptive pulse compression, MWAPC)方法。所提方法将多基地自适应脉冲压缩(multistatic adaptive pulse compression, MAPC)方法应用到单基地雷达,首先将单基地雷达的原始发射信号过采样得到多个采样版本的发射信号,并将各种采样版本视为不同的波形;然后借助于自适应脉冲压缩对相位失配的敏感性,依次用不同采样版本的发射信号对回波信号做多波形自适应脉冲压缩构建距离维与采样维的二维输出,得到在距离单元内目标点与采样点的相对位置关系。实验证明,所提方法可根据多个采样版本的采样时序将自适应脉冲压缩的二维输出延展成一维。相比于常规脉压方法,所提方法不仅能抑制因采样失配而产生的距离旁瓣,还可获得超出传统脉压方法的分辨能力,在同一距离单元内区分出不同位置的目标。     

相控阵雷达波束波形联合自适应调度算法

针对多功能相控阵雷达,提出了一种波束和波形的联合自适应调度算法。首先建立了联合调度的最优化模型,该模型根据当前时刻目标实际协方差与期望值的偏差代价以及所选波形的能量代价,来确定下一时刻相控阵雷达的最佳工作方式。对于多目标跟踪,分别给出协方差偏差均值和最大协方差偏差的两种偏差度量准则。所提出的算法可以依据最佳的调度方式来控制相控阵雷达下一时刻波束的工作模式以及相应的工作波形,使得对所有目标的跟踪偏差代价和资源消耗代价最小化。仿真结果表明本文所提出的算法可以在维持目标期望跟踪状态的条件下,有效地调度雷达的工作模式和波形。最后讨论了期望协方差阵的选取原则。     

联合准则下的认知雷达波形设计

针对不同工作环境中, 需要雷达同时具有多种模式和多种任务的问题, 提出了一种联合优化准则的雷达波形设计方法, 该方法综合考虑了目标与回波之间的互信息与信干噪比。在发射信号能量有限的约束条件下, 首先通过最大边缘分配算法求解最优波形, 其次讨论互信息与信干噪比的增减率, 当改变系数值时, 联合准则下的雷达信号模型既可同时提高互信息和信干噪比值, 又可根据发射需求分别优化互信息或信干噪比。最终信号模型通过一次或较少次数的观测同时完成目标参数估计、检测或识别任务, 为雷达波形优化朝着多功能模型设计提供研究依据。     

天波雷达对空探测任务下积累时间自适应优化设置研究

针对人工设置天波雷达相干积累时间存在盲目性,不能充分发挥雷达探测性能的问题,以空中目标探测为研究对象,提出了自适应积累时间设置优化方法.首先,分析了积累时间对天波超视距雷达探测性能的影响.其次,计算了影响相干积累时间的信号时宽和积累点数的最优值.然后,提出了自适应设置积累点数的方法.最后,通过实验证明了本文方法比人工方...     

基于贝叶斯估计的高精度ISAR成像

基于贝叶斯估计原理,提出了一种贝叶斯逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像算法。基于最大后验概率准则建立ISAR成像模型,利用回波数据进行统计参数估计,以实现ISAR成像的自适应表征,从而提高ISAR成像的精度。特别是运动误差相位估计和ISAR图像的重构通过求解最优化问题实现,而未考虑误差相位的具体形式,具有较高的鲁棒性。此外,本文方法在低信噪比 (signal-to-noise ratio, SNR)条件下,可以取得良好的聚焦效果,具有较好的噪声抑制能力。最后,贝叶斯估计问题转换为最优化问题进行求解,利用快速傅里叶变换及其逆变换（fast Fourier transform/inversed fast Fourier transform, FFT/IFFT）和矩阵对应点乘（Hadamard乘积）操作,有效提高该算法的效率。基于实测数据的实验验证了本文算法的有效性。     

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.     

宽带相控阵雷达的设计准则与发展方向

宽带相控阵雷达是一种新型的成像雷达,在弹道导弹防御(BMD)中有着重要的应用。首先回顾了国外宽带成像雷达的发展,分析了宽带相控阵雷达的波形选择、子阵的选择及自适应波束形成的实现结构,并给出了有源固态宽带相控阵雷达宽带线性调频Stretch处理的信号处理组成框图,提出了宽带相控阵雷达的未来发展方向。所提的设计准则与给出的发展方向对未来弹道导弹防御雷达的研制有一定的参考意义。     

双曲调频波形抑制间歇采样转发干扰效果分析

双曲调频(hyperbolic frequency modulated, HFM)波形具有多普勒不变性, 在宽带雷达对高速目标的成像中具有重要价值。而间歇采样转发干扰(interrupted sampling repeater jamming, ISRJ)作为一种常见的有源干扰, 利用了脉冲压缩雷达的相干特性, 实现了多假目标干扰的效果, 对采用线性调频波形的雷达探测有着极大影响。该文基于对HFM波形和ISRJ的模型分析, 推导出HFM波形参数与ISRJ的效果之间的相关关系; 并经分析表明: HFM波形不仅具有良好的多普勒不变性, 而且较线性调频波形对ISRJ有更好的抑制效果。该结论可为HFM波形抗干扰设计提供理论依据, 数值仿真验证了结论的有效性。     

FDA-MIMO雷达主瓣距离欺骗式干扰抑制方法

主瓣欺骗式干扰降低了对真实目标的估计精度与跟踪准确性,对传统雷达提出了挑战。针对此问题,基于频率分集阵(frequency diverse array, FDA)-多输入多输出(multiple input and multiple output,MIMO)雷达,提出了一种抑制主瓣距离欺骗式干扰的方法。假目标产生器通过对截获的雷达信号进行延迟转发,导致真、假目标的时延(距离)差异,由此可形成具有不同发射频率的假目标。据此,首先利用频率分集阵雷达的距离维自由度在联合发射-接收维对真、假目标进行区分,其次设计了距离-角度二维自适应匹配滤波器,所有假目标由于距离维的失配而被抑制。该方法有效地解决了主瓣距离欺骗式干扰抑制的问题,提升了雷达在复杂电磁环境的抗干扰性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

近区低旁瓣的OFDM MIMO雷达波形设计

雷达系统在临近目标分辨中存在近区旁瓣过高的问题,导致了弱目标淹没、临近目标回波主旁瓣混叠等现象。针对这一问题,该文提出了一种抑制近区距离旁瓣的正交频分复用(orthogonalfrequency division multiplexing, OFDM) 多输入多输出雷达波形设计方法。首先,构造一组基于相位编码调制的OFDM发射波形集,在此基础上,以极小化极大原理和近区积分旁瓣水平建立目标函数,令发射波形恒模为约束条件;然后,借助发射波形与相位的对应关系,将波形设计转化为无约束优化问题,并利用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno算法求解。理论分析和仿真结果表明,该文方法较现有方法具有更好的近区旁瓣抑制特性和更低的运算复杂度。     

基于序列线性规划的雷达低峰均比估计波形设计

在信号相关杂波背景下,现有方法大部分均基于频域进行雷达估计波形设计,这将引起相位信息的缺失从而导致波形变换到时域后性能降低。针对上述问题,同时兼顾放大器的非线性特性,提出了一种基于时域的低峰均比(peak to average power ratio, PAR)估计波形设计方法。首先,根据最大互信息准则在时域上构建了优化问题模型;然后,基于序列线性规划思想,将非凸的优化问题松弛为凸问题,并求得波形矩阵的近似解;最后,对该波形矩阵解进行逼近,使得新的波形矩阵满足Toeplitz结构,进而提取出波形向量解。仿真结果表明,与现有方法相比,本文方法在不增加运算量的前提下具有更好的估计性能。