频率源噪声对双基SAR成像的影响及评估

在双基合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)中两个独立的频率源相位噪声直接叠加在一起,严重影响系统的成像质量。根据频率源相位噪声的二阶统计特性,定量分析了频率源相位噪声对双基SAR图像偏移、聚焦精度以及积分旁瓣比等参数的影响,导出了不同波段下频率源相位噪声对双基合成孔径雷达成像系统相干积累时间的限制。研究结果进一步完善了双基SAR成像理论体系,为系统的设计提供了理论依据。     

基于双向同步技术的机载双站SAR同步研究

提出了一种结合双向时间传递和双向相位传递的同步方法。通过FFT谱分析法得到精确的相位差,采样不需要整周期采样,分析得到时间、相位差值,使其对成像进行补偿可使系统时间、相位达到同步。给出了基于该方法的系统同步框图,对时间、相位同步进行了精度分析和误差仿真实验,为时间、相位同步的工程实现提供了参考。     

Phase synchronization processing method for alternating bistatic mode in distributed SAR

In the distributed synthetic aperture radar(SAR),the alternating bistatic mode can perform phase reference without a synchronization link between two satellites compared with the pulsed alternate synchronization method.The key of the phase synchronization processing is to extract the oscillator phase differences from the bistatic echoes.A signal model of phase synchronization in the alternating bistatic mode is presented.The phase synchronization processing method is then studied.To reduce the phase errors introduced by SAR imaging,a sub-aperture processing method is proposed.To generalize the sub-aperture processing method,an echo-domain processing method using correlation of bistatic echoes is proposed.Finally,the residual phase errors of the both proposed processing methods are analyzed.Simulation experiments validate the proposed phase synchronization processing method and its phase error analysis results.     

一种计算双基地雷达探测区的新方法

提出了一种计算双基地雷达探测区的新方法.其思路是,基于双基地雷达的雷达方程和干扰方程,通过比较双基地雷达与单基地雷达探测区求解的不同之处,引申出双基地角等值线的概念.分析得出,常规单基地雷达探测区上的任一点必然属于从雷达引出的某一条射线,而双基地雷达探测区上的任一点必然属于某一条双基地角等值线.以此为基础,最终计算出双基地雷达在无干扰和自卫干扰时的探测区,并通过仿真计算,验证了其可行性.     

双基地MIMO雷达二维方位角及多普勒频率联合估计

提出了一种新的双基地多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达二维方位角及多普勒频率联合估计算法。该算法基于m-Capon方法将目标波离方向(direction of departure, DOD)与波达方向(direction of arrival, DOA)相“去耦”,得出了对目标DOD和DOA的估计;然后,在对目标二维方位角的估计的基础上,算法可进一步估计出目标的多普勒频率。因此,其估计出的目标二维方位角与多普勒频率可自动配对。该算法无需预判目标数及对数据协方差矩阵特征值分解,且对目标二维方位角与多普勒频率的联合估计不涉及高维的非线性优化搜索,具有较小的计算量。此外,该算法可适用于发射和接收阵列为任意阵列结构的双基地MIMO雷达系统。计算机仿真结果证明了本文方法的正确性和可行性。     

双基地MIMO雷达目标跟踪性能分析

研究双基地多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达目标跟踪的性能。建立双基地MIMO雷达发射相干脉冲串时的目标跟踪数学模型,给出反映目标跟踪性能的贝叶斯克拉美罗界（Bayesian Cramer-Rao bound, BCRB）递推式。针对目标的线性状态方程和双基地MIMO雷达的量测方程,求解BCRB的递推式。最后仿真分析各参数对跟踪性能的影响,结果表明量测信噪比越大、量测脉冲数越多、阵元间距越大跟踪性能越好,且在总发射功率一定的条件下,发射阵元数越多跟踪性能越好。     

隐身目标的双基地雷达探测技术

以F-117A作为典型的隐身目标,提出一种计算隐身目标双基地雷达探测区域的新方法。通过对指定的雷达警戒区域进行网格剖分,在不同的网格节点位置计算隐身目标的双站雷达散射截面,由双基地雷达方程出发,从能量角度得到雷达探测判定不等式,计算目标的雷达探测区域。给出了应用该方法的具体步骤,通过仿真实验证明了该算法的可行性。     

同构双基地雷达星座优化设计

通过对卫星的轨道特性、星座中卫星间的相对运动规律以及对地覆盖特性的研究,推导了星载单基地和双基地雷达探测区域计算公式,分析了双基地角和目标前向散射区域与卫星相对位置的关系。基于星座固有的空间约束条件,讨论了由于平台运动引起的地杂波多普勒频率扩展与卫星飞行的几何关系。最后,分析了系统性能与星座构型参数和卫星轨道根数的关系,提出了利用逆向运行极轨道同构星座作为多基地雷达星座的基本构型,并针对该构型星座提出了一套优化设计方法并给出了设计实例。     

Space-time clutter model for airborne bistatic radar with non-Gaussian statistics

To validate the potential space-time adaptive processing (STAP) algorithms for airborne bistatic radar clutter suppression under nonstationary and non-Gaussian clutter environments, a statistically non-Gaussian, space-time clutter model in varying bistatic geometrical scenarios is presented. The inclusive effects of the model contain the range dependency of bistatic clutter spectrum and clutter power variation in range-angle cells. To capture them, a new approach to coordinate system conversion is initiated into formulating bistatic geometrical model, and the bistatic non-Gaussian amplitude clutter representation method based on a compound model is introduced. The veracity of the geometrical model is validated by using the bistatie configuration parameters of multi-channel airborne radar measurement (MCARM) experiment. And simulation results manifest that the proposed model can accurately shape the space-time clutter spectrum tied up with specific airborne bistatic radar scenario and can characterize the heterogeneity of clutter amplitude distribution in practical clutter environments.     

适于"Tandem"模式双基地SAR修正距离多普勒算法

基于"Tandem"模式双基地SAR几何关系及其信号模型,完成了对距离多普勒算法在"Tandem"模式双基地SAR中的扩展,给出了一种适用于该模式下的修正距离多普勒算法,详细地推导成像算法的每个步骤,成功地解决了由于接收、发射平台分置而产生的不同于单基地SAR的距离徙动校正和方位聚焦问题。仿真表明在任意双基地角情况下,该算法均能得到很好的成像结果。     

基于MQNM的双基地雷达目标定位改进算法

针对求解双基地雷达目标定位问题常用的Gauss-Newton法自身固有的缺点,如收敛精度和收敛速度依赖于迭代初值与真实值的接近程度和函数的非线性程度,进一步考虑了目标函数Hessian阵的二阶信息,结合MQNM法(修正拟牛顿法)提出了一种双基地雷达目标定位问题的优化改进算法。计算机仿真结果表明了该算法的可行性和有效性。     

双基地雷达微动空间目标全极化回波仿真方法

由于双基地雷达具有反隐身、抗干扰、抗摧毁等诸多天然优势, 双基地雷达的目标探测和识别问题逐渐成为研究热点。以双基地雷达微动空间目标为研究对象, 首先分析了电磁计算双基地散射数据和双基地雷达目标回波的对应关系, 然后指出了利用电磁计算数据获得的目标仿真回波与目标真实回波极化坐标系的差异, 并提出了相应的校正方法, 最后进行了仿真验证。结果表明, 所提方法保证了电磁仿真回波数据与实测回波数据的极化一致性, 可以为后续的双基地雷达目标特征提取、目标识别等算法研究提供数据支撑。     

Extended ambiguity function for bistatic MIMO radar

This paper derives the extended ambiguity function for a bistatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar system,which includes the whole radar system parameters:geometric sensor configuration,waveforms,range,range rate,target scattering and noise characteristics.Recent research indicates the potential parameter estimate performance of bistatic MIMO radars.And this ambiguity function can be used to analyze the parameter estimate performance for the relationship with the Cramer-Rao bounds of the estimated parameters.Finally,some examples are given to demonstrate the good parameter estimate performance of the bistatic MIMO radar,using the quasi-orthogonal waveforms based on Lorenz chaotic systems.     

运动平台上多基地雷达时间同步技术

常规双/多基地雷达在收站和发站之间采用一定的物理链路进行同步,但如果收站或发站在运动平台上,就不能建立这样的通信链路。为此,研究了在运动平台上的双/多基地雷达的时间同步方法。该雷达采用调频中断连续波(FMICW)信号,时间同步包括调制脉冲的同步和调制频率的同步。在接收站对直达波进行检测和跟踪,再经非相干积累、滤波、谱分析等处理来提取同步信号,分析其性能。计算机仿真结果验证了这种方法的可行性。     

非合作双基地雷达参数测量与定位方法研究

介绍了非合作双基地雷达的基本几何关系,讨论了非合作双基地雷达中四个重要参数(基线距离、双基地距离差、发射站目标方位角、接收站目标方位角)的测量方法,利用这四个参数可构成四种定位算法。推导了这四种算法的定位误差公式。仿真结果表明,各算法的定位精度与双基地雷达系统的几何结构有关,且有着不同的空间分布规律。实际系统定位方案的选择应根据所能测出的参数来定,同时应注意各算法的适用区域。     

机载双基雷达STAP动目标检测的杂波特性分析

通过建立合适的双基坐标系,得出双基雷达的等距离和曲线方程是一族椭圆。在此基础上,研究了3种不同的双基几何配置时的方位-多普勒杂波轨迹特性和功率谱特性,并与单基情形进行对比,从而揭示了双基杂波的非静态特性。研究了杂波特性对STAP处理性能的影响,双基杂波的非静态特性使得STAP处理器的杂波频谱变宽,MDV变大,处理性能大大恶化,必须进行有效地补偿。     

非合作双基地雷达中直达波信号的重构

对非合作双基地雷达中直达波参考信号受到噪声干扰和多径干扰影响的问题进行了理论分析和数学建模。在此基础上,仿真分析了这两种干扰对直达波信号波形的影响。针对这一问题,提出了一种直达波信号重构方法,并给出了详细的数学推导。仿真结果表明,该方法重构出的直达波信号波形失真度很低,能有效地去除非合作双基地雷达直达波参考信号中的噪声干扰和多径干扰。     

收发分置雷达圆周栅栏覆盖的优化布站方法

为解决区域边界曲线上收发分置雷达的优化布站问题,提出一种圆周栅栏覆盖的优化布站方法。首先,提出圆周栅栏覆盖最优布站序列应满足的条件,并通过理论分析证明了最优布站模式中接收器个数的上限阈值。接着,以此为基础构建基于布站成本最小的优化布站模型。然后,针对优化模型的非凸性和非线性,提出一种将整数线性规划与穷举法相联合的算法求解优化模型,确定最小布站成本及其对应的最优布站序列。最后,通过仿真实验和分析验证了所提方法的有效性。     

双基地MIMO雷达的DOD和DOA联合估计

将收发端各分成两子阵,建立了非均匀线阵下的双基地多输入多输出雷达数学模型。提出了ESPRIT谱搜索法和ESPRIT多项式求根法两种角度估计算法,并利用最大似然估计法实现了参数的正确配对,其优点是当不能提取出收发旋转不变因子时,应用本文算法仍能进行角度估计,放宽了ESPRIT算法对阵元配置的要求。仿真实验表明,低信噪比时,ESPRIT多项式求根法的估计精度优于ESPRIT谱搜索法;高信噪比时,两者的测向精度均接近于克拉美罗下限。同时,ESPRIT多项式求根法避免了谱峰搜索,极大地减少了计算量,在实际应用中更有利于推广。     

星载双站SAR运动目标加速度检测和估计

星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR)用于动目标检测和参数估计时,忽略动目标加速度的影响将会导致沿航迹速度估计的较大误差。给出了星载双站合成孔径雷达检测和估计地面运动目标加速度的算法,该算法主要利用运动目标相对于工作在Tandem模式下的星载双站SAR具有不同相对径向速度的原理,利用三孔径星载SAR估计径向速度的算法,估计出相对于星载双站SAR的不同径向速度。根据这两个径向速度和SAR视角之间的关系,计算出动目标运动方向和常数项切向速度,最后根据估计的调频斜率计算出切向加速度和径向加速度。仿真结果表明,该算法能正确地估计出具有加速度的动目标速度参数。