宽带线性调频雷达信号多普勒效应分析与处理

宽带线性调频信号是地基宽带成像雷达的一种常用波形。先推导了目标运动时宽带线性调频信号Stretch处理的雷达回波数学模型,利用宽带模糊函数(WBAF)分析了目标运动对该信号的影响,得出了该信号形式的多普勒容限,同时也分析了目标加速度对目标距离像的影响,并提出了该信号的多普勒处理补偿的方法与不需要加速度补偿的条件。模拟实验表明,宽带线性调频信号的多普勒效应分析与补偿处理方法是有效的     

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。     

一种宽带雷达系统通道误差校正方法

在不改动宽带雷达内定标系统硬件的情况下,提出了一种校正宽带雷达系统传递函数误差及IQ失配的正交解调误差的新方法。通过对雷达系统通道误差特点的分析,采用正负调频率的线性调频信号作为定标信号获取雷达系统传递函数,以此构建雷达回波校正函数并对雷达接收回波进行误差校正。在定标系统和雷达回波存在噪声的情况下,分析了雷达系统输出信号经本文方法校正后对其进行脉冲压缩后的信噪比。仿真实验验证了方法的有效性。     

相控阵雷达宽带宽扫描角数字化解决方案

针对采用数字化宽带相控阵雷达的应用场合,提出了一种通过改变数字阵列单元基带信号移相值和延时值实现波束指向和波形的数字相控阵雷达T/R模块解决方案。给出了宽带线性调频信号引起的波束指向偏移和实时时间延迟补偿的分析方法。在分析了宽带线性调频信号对相控阵雷达带宽和扫描角的影响的基础上,通过对基带数字时钟的精确延迟,实现了数字相控阵雷达宽带信号发射和扩展最大扫描角的目的。给出了实现的原理图和试验结果,并通过试验验证该方法的有效性。     

孔径渡越时间对一维距离成像的影响分析

通过对宽带相控阵雷达扫描时孔径渡越时间对宽带线性调频信号成像性能影响的分析,得出了相控 阵雷达空间扫描只产生目标一维距离像主瓣宽度展宽与一维距离像整体平移的重要结论,并提出了补偿方法。实 验数据证明,这种补偿方法对宽带相控阵雷达是否需要加延时线进行空间补偿具有重要的参考意义。     

双基地宽带成像雷达时间及调频率同步方法

双基地宽带成像雷达由于不同源会产生时间同步误差和调频率同步误差。针对这一问题,面向低成本、小型化雷达接收机设计同步方法。针对时间同步问题,提出了直达波触发的收发脉宽非一致时间同步方案,通过使用直达波触发接收窗启用时刻,同时增加接收窗长度和低通匹配滤波,以完成时间同步。针对调频率同步问题,提出了采用吕氏分布对调频率误差进行估计,进而进行补偿,以完成调频率同步。该时间及调频率同步方法基本不需要增加接收机硬件成本,可以适应小型化接收雷达需求。基于小型宽带雷达搭建室内的双基宽带雷达模型,实验实现了双基雷达同步以及数据采集、成像。实验结果验证了所提方法的有效性。     

宽带一维像雷达单脉冲跟踪建模仿真

宽带成像雷达通常采用窄带跟踪和宽带成像分时交替进行,这样势必造成雷达资源浪费.为了有效利用雷达资源,一旦窄带跟踪到目标后,雷达可以转入宽带一维成像与单脉冲跟踪.研究宽带一维像单脉冲跟踪模型,给出了高速运动目标宽带线性调频信号回波模型,根据该信号是同调频率的多分量信号的特点,将Radon模糊图变换法应用于调频率估计和一维像运动补偿,并给出了宽带一维像的测速、测距和测角模型.一维像的目标连续定位跟踪可以增加目标跟踪数据率,提高宽带雷达对机动目标跟踪能力.仿真结果验证了宽带一维像目标单脉冲跟踪技术的可行性和跟踪精度.     

利用变采样率技术改进机载雷达的跟踪性能

机载雷达跟踪目标丢失现象的重要因素之一是由于雷达载机与目标之间的相对运动,在回波信号中产生线性调频项,线性调频项对多普勒频率和距离门估计产生了积累误差,最终导致跟踪目标丢失.提出了应用变采样率技术估计线性调频项参数来减小距离跟踪的误差,提高雷达的跟踪目标性能.同时还进行了具体的理论分析和计算机仿真,结果表明该技术是有效的.     

时频栅格误差条件下的双基地MIMO雷达角度估计

研究了时频栅格误差引起的匹配滤波器失配下双基地多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达的角度估计问题。首先,建立了存在时延和多普勒频率栅格误差条件下的双基地MIMO雷达信号模型;其次,推导了正交频分复用线性调频信号和相位编码信号的栅格误差失配矩阵,并分析了其对目标收发角度估计的影响;再次,针对正交频分复用线性调频信号,提出了平行因子和最小二乘相结合的发射角度估计算法,该方法能够有效减小栅格误差失配矩阵对发射角度估计的影响;最后,仿真实验表明,栅格误差失配矩阵对相位编码信号的角度估计影响较小,但对正交频分复用线性调频信号的发射角度估计则会产生较大的影响,从而进一步验证了理论分析的正确性。     

基于模糊函数的LFM UWB雷达信号滑动平均波达方向估计

针对线性调频类超宽带雷达信号的线性时频特性,提出了基于2阶统计量——信号模糊函数的线性调频类超宽带雷达信号波达方向估计算法,通过分析仿真证明该方法优于传统方法。根据分析指出循环平稳算法与模糊函数算法之间的关系,介绍了循环平稳算法对基于窄脉冲形式的无载波超宽带雷达信号DOA估计的有效性。系统完整地论述了超宽带雷达信号DOA估计算法。     

基于相参积累的捷变频雷达系统相位误差估计与稀疏场景重构算法

针对系统相位误差导致的捷变频雷达目标回波信号相参积累性能下降问题, 构建了系统相位误差下捷变频雷达目标回波信号相参积累模型, 并基于目标的距离-速度二维稀疏性建立了最小ℓ₁范数优化模型, 提出一种基于交替方向乘子法的系统相位误差估计与目标场景稀疏重构联合处理算法, 实现了系统相位误差和目标参数的精确估计。仿真结果表明, 在信噪比为20 dB的情况下, 该方法能够精确估计系统相位误差, 其估计误差在2°以内。同时，相比于逆合成孔径雷达相位自聚焦算法, 所提算法重构性能和计算效率均得到改善, 目标重构幅度均方差提高了10 dB, 运算时间减少到1/2。     

低信噪比下非冗余阵列的无网格DOA估计

波达方向(direction of arrival, DOA)是阵列信号处理模型中的非线性参数，当信噪比较低时，其估计值会偏离真实值。为了降低无网格DOA估计方法中该问题的阈值，介绍了一种基于无网格的基于协方差的稀疏迭代估计(sparse iterative covariance-based estimation, SPICE)方法。引入了最大似然求根多重信号分类(maximum likelihood root multiple signal classification, ML-Root-MUSIC)来计算DOA,使用最大似然准则来选择根，可以降低阈值并获得更好的分辨率特性。在原始无网格SPICE的优化问题中加入了负熵项，使得无网格SPICE的均方根误差曲线更接近于Cramer-Rao下界。最后，蒙特卡罗仿真实验验证了所提方法在低信噪比非冗余阵列情况下的优越性。     

单基地MIMO雷达降维酉ESPRIT算法

波达方向(direction of arrival, DOA)估计问题是单基地多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达信号处理中的一个关键问题。在低信噪比、低快拍数的情况下,常规DOA估计算法的性能会严重下降。针对此问题,提出一种新的DOA估计算法：降维酉旋转不变性信号参数估计技术算法。该算法首先通过降维变换将MIMO雷达数据变换至低维信号空间,然后在该低维信号空间构造实值旋转不变性方程估计目标的DOA。仿真结果表明该方法能够在低信噪比、低快拍数的环境下获得较常规ESPRIT方法更高的DOA估计精度,同时具有更低的运算量。     

Approach for wideband direction-of-arrival estimation in the presence of array model errors

The presence of array imperfection and mutual coupling in sensor arrays poses several challenges for development of effective algorithms for the direction-of-arrival (DOA) estimation problem in array processing. A correlation domain wideband DOA estimation algorithm without array calibration is proposed, to deal with these array model errors, using the arbitrary antenna array of omnidirectional elements. By using the matrix operators that have the memory and oblivion characteristics, this algorithm can separate the incident signals effectively. Compared with other typical wideband DOA estimation algorithms based on the subspace theory, this algorithm can get robust DOA estimation with regard to position error, gain-phase error, and mutual coupling, by utilizing a relaxation technique based on signal separation. The signal separation category and the robustness of this algorithm to the array model errors are analyzed and proved. The validity and robustness of this algorithm, in the presence of array model errors, are confirmed by theoretical analysis and simulation results.     

宽带信号辐射源径向加速度估计算法

提出了一种利用相参脉冲串信号估计脉冲重复周期变化率的宽带信号辐射源径向加速度估计方法。为了解决电子侦察接收机采样间隔与辐射源脉冲重复周期不匹配造成的脉冲边沿到达时间（time of arrival, TOA）估计偏差问题,采用了分数时延估计算法对脉冲间时延进行估计。获得精确的脉冲TOA后用最小二乘法提取径向加速度信息。给出了该方法目标径向加速度估计所能达到的误差下限,仿真结果接近该下限,具有很高的精度。本算法适用于线性调频和非线性调频等宽带信号。     

ULA中基于LS-ICA的短时高效DOA估计

研究了均匀线阵(uniform linear array, ULA)的波达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,提出了一种能充分利用阵列结构上来波数据的信号处理方法进行角度估计。所提方法的关键是采用天线阵列因子的实部来构造新的信号接收模型,进而通过独立分量分析(independent component analysis,ICA)对接收信号进行盲分离,用最小二乘(least square,LS)法求解入射信号的角度,同时给出了天线阵元间距应满足的条件。仿真表明,与多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)方法相比,本文方法能够适应阵元间距的变化,在低信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)时估计性能以及角度分辨力均较优,通过一步粗估计就可获得较高精度且具有实时性,均方根误差(root mean square error,RMSE)向克拉美-罗界(Cramer-Rao bound,CRB)的逼近程度也说明了新方法的优势,此外还可以采用细估计来提高估计精度。     

载频重频联合捷变雷达目标参数估计方法

针对载频-重频联合捷变体制雷达目标参数估计问题,提出了一种新的基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法的载频-重频联合捷变雷达目标参数估计方法。通过信号模型的空时等效,将时域信号的处理等效成空域阵列信号的处理,并将超分辨阵列信号处理方法应用到目标的参数估计中,从而把目标距离和速度的估计等效成阵列中二维参数的估计,解决了由于载频-重频联合捷变所带来的目标参数估计难题。仿真实验表明,所提方法能有效实现对目标距离和速度的超分辨估计。     

基于旋转干涉仪的多目标参数估计

针对传统电子侦察卫星的单星测向定位和旋转干涉仪测向方法在处理能力和精度上的限制,提出了一种旋转基线的多目标二维角度估计方法。该方法将多通道长基线旋转干涉仪模型与阵列信号的处理方式相结合,根据角度模糊的变化规律,通过霍夫变换提取目标的二维角度信息。在所提方法的基础上重点分析了模糊角度位置随旋转干涉仪角度变化的关系,并建立了目标角度模糊分布模型。仿真结果表明,所提算法可以有效地从角度模糊中提取准确的角度信息;相比于传统的旋转干涉仪测向方法,该方法可实现多目标的二维角度估计并且降低了对信噪比的要求。     

带限MPSK信号的调制分类

提出了一种带限MPSK信号调制分类算法,对截获接收机输出的带限MPSK信号在未知载波频率的情况下,通过对延迟乘积信号进行分析处理,利用小波变换提取其码元跳变点,进而得到与原信号调制类型一致的复基带信号序列。并利用此基带序列的高阶累积量构造分类特征不变量,在宽信噪比范围内实现了带限MPSK信号的调制分类。理论分析和实测信号处理证明了提出算法的有效性。