一种基于模糊融合规则的CFAR检测器

针对单元平均恒虚警检测器(CA-CFAR)在多目标干扰和杂波边缘效应下的性能局限,提出了基于子参考窗口中最小选择单元的恒定虚警检测器(MCA-CFAR)。通过选择子参考单元中的最小单元格,显著提升了检测器的性能,并在瑞利分布背景下详细推导了检测概率、虚警率和检测阈值。为进一步优化性能,设计了模糊逻辑融合检测器(FUMCA-CFAR),它利用两个传感器计算空间隶属函数值,并通过代数和、代数积、MAX、MIN四种规则进行融合,实现了平滑输出,减少了目标信息的丢失。仿真实验表明,基于代数和融合的FUMCA-CFAR检测器在均匀和非均匀背景下均展现出优异的检测性能和抗干扰能力。

麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成算法

在实际应用中,频率不变波束形成器通常受到麦克风阵列失配误差的影响,因此提高频率不变波束形成器的鲁棒性具有重要意义。针对上述问题提出了一种约束优化模型,可以在保持频率不变波束形成的同时提高阵列的鲁棒性。首先设计目标波束图,考虑到差分麦克风阵列本身具有频率不变的波束图,选用传统二阶超心型差分麦克风波束图做为目标波束图。上述模型以麦克风阵列权矢量的二范数作为目标函数来最大化鲁棒性,在无失真约束,目标波束主瓣逼近约束以及旁瓣增益精准控制约束下实现频率不变。然后在交替方向乘子法算法框架下,将优化问题分解为多个优化子问题求解,然后对每个优化子问题分别求解,通过仿真验证了在交替方向乘子法算法下上述模型的可行性与有效性,最终达到了麦克风阵列鲁棒频率不变波束响应的效果。

一种侦干探多功能一体化微系统设计

在无人机载、弹载综合电子应用领域,基于传统分立器件设计的信号处理系统面临日益突显的资源受限问题。因此,针对无人机载、弹载综合电子系统的多功能、小型化、高性能应用的迫切需求,提出一种侦干探多功能一体化信号处理微系统集成设计技术。基于三维堆叠等先进封装技术,将射频直采数模/模数转换器、可编程逻辑器件、处理器、大容量易失型存储器、非易失性存储器以及阻容等诸多元件进行共封装设计集成,构成可同时完成侦察、干扰、探测功能信号处理的微系统,并构建多功能应用场景,完成软硬件测试验证。该微系统不仅在体积、重量、性能、集成度等方面具有一定优越性,而且大大简化了信号处理系统的复杂电路设计,更便于系统的标准化、通用化和软件化,具有较大的应用前景。

机载多载频频控阵非均匀距离模糊杂波抑制方法

机载雷达下视工作面临严重的地海杂波,雷达平台运动造成杂波多普勒频率严重扩散,将微弱目标完全淹没。空时自适应处理(space time adaptive processing,STAP)技术通过联合多天线脉冲的接收信号,能够有效地抑制杂波,实现运动目标检测。对于非正侧视阵列高速平台雷达,杂波距离依赖和距离模糊严重制约着目标检测性能。基于多载频频控阵,通过发射一组载频不同的正交信号,在杂波回波中,获得新的发射维自由度,并根据不同模糊在发射维的差异分离各模糊区域。此外,通过进一步对分离后的近程进行杂波补偿,利用降维STAP实现杂波抑制。仿真结果验证了所提方法的有效性。

存在幅相误差时二维稳健超分辨测角算法

针对4D车载毫米波雷达在俯仰与方位维角度分辨力较低、阵列存在幅相误差时测角有偏的问题,提出一种基于快速稀疏贝叶斯学习的稳健二维超分辨测角方法。首先,利用空域稀疏性特点,对角度域空间进行栅格划分,构建了存在幅相误差时的二维超分辨测角信号模型;然后,通过固定点更新的MacKay SBL重构算法实现了多个邻近目标二维角度估计,并利用基于向量点乘的自校正算法对相位误差进行估计,以对有偏的角度估计进行修正;最后,给出了多输入多输出虚拟阵列下的二维角度估计的克拉美-罗界,并分析了所提算法的计算复杂度。仿真结果表明,在大陆ARS548雷达实际12发16收天线布局下,通过对比6种超分辨测角算法,所提方法在低信噪比、少量快拍下和幅相误差较小时,具有较高的角度分辨力与较低的均方根误差。

《信号处理》传感器阵列与多通道信号处理专刊简介

传感器阵列与多通道信号处理是信号与信息处理领域中的一个前沿研究方向,已然成为了诸多重要工程应用的基础性理论与技术,例如雷达、声呐、语音、射电天文学、地震学、医学成像、无线通信等。然而,随着新一代信息技术的快速发展和应用场景的不断革新,其面临的信号环境日趋复杂,传统的传感器阵列与多通道信号处理理论和方法面临着全新的挑战。

基于子阵波束设计的空时二维杂波抑制方法

机载雷达接收端采用子阵处理时面临栅瓣杂波导致的复杂空时耦合分布,使主瓣波束方向存在多个由栅瓣杂波导致的检测性能凹口,目标检测性能恶化严重。针对此问题,该文首先分析了子阵处理中栅瓣杂波空时谱分布特性,并在此基础上提出了基于接收子阵波束设计的空时二维杂波抑制方法。该方法采用重叠子阵构型方案,通过子阵方向图设计形成在子阵间栅瓣区域处的宽凹口,实现对子阵间栅瓣区域杂波的预滤波。进一步构建子阵级空时处理器,由于栅瓣杂波已经在子阵内完成预滤波,避免了栅瓣杂波在空时二维平面上的耦合扩散,从而提高了杂波抑制和动目标检测性能。仿真结果表明,所提方法显著改善了栅瓣杂波区的输出信杂噪比损失性能。

面向复杂场景的多通道慢速动目标稳健检测算法

针对鲁棒主成分分析(RPCA)算法在多通道慢速地面动目标指示(GMTI)中存在的高虚警以及对通道误差敏感问题,该文提出一种数据重构与速度合成孔径雷达(VSAR)-RPCA联合处理的方法。首先,通过样本挑选与联合像素法完成通道间数据精确重构;然后结合VSAR检测模式提出一种新的RPCA优化模型,通过采用交替投影乘子法对其进行求解得到空间频域的稀疏矩阵,进一步利用动目标与强杂波残余在空间频域通道的分布特性差异实现强杂波残余剔除与动目标检测;最后采用沿航迹干涉算法估计目标径向速度完成动目标重定位。相较于传统RPCA算法,所提算法在非理想强杂波背景下的虚警率显著降低。理论分析与实测实验验证了所提算法的有效性。

一种自适应加速的多路径匹配追踪重建算法

在压缩感知重建算法中,多路径匹配追踪算法能够通过搜索多个路径提升获得全局最优解的可能性,但产生的大量冗余路径会造成严重的性能损耗。针对此问题,提出了一种基于自适应加速的多路径匹配追踪重建算法。首先,该算法在路径分解时,通过设置阈值门限控制生成的子枝点数量,优化了原算法平均分配路径数的策略,使相干性强的父枝点可以遍历更多的子枝点,限制相干性小的原子被分配到新的路径中;其次,利用首个路径产生的重建残差,设计了新的修剪准则对候选路径进行二次筛选,进一步减少冗余路径的生成,降低了计算支出;最后,在理论上推导了所提算法在理想状态下准确重建信号的有限等距性条件,给出了所提算法在有噪条件下准确重建信号的信噪比界限。仿真结果表明,在一维和二维信号的重建实验中,所提算法在保证较高的重建精度的前提下,与多路径匹配追踪算法相比,有效提升了重建效率。

基于混合整数有向差分进化算法的平面麦克风阵列几何优化

针对多约束条件下阵列优化过程中运算复杂和波束指向固定的问题,提出一种基于混合整数有向差分进化(mixed integer directed differential evolution, MIDDE)算法的综合方法。首先,通过几何变换减少优化目标数量,缩小寻优空间,降低运算复杂度;其次,对差分进化(differential evolution, DE)算法的变异过程引入随机选择与排序策略,提高搜索速度与精度,并改进边界约束处理方式,提高边界搜索能力。最后,用MIDDE算法优化基于正则化稳健超指向波束形成器的目标函数。仿真结果表明,在白噪声增益(white noise gain,WNG)受约束的情况下,优化阵列可在宽波束指向角范围内获得较高的方向性因子(directivity factor,DF),且显著高于相同阵元数的规则阵列,该方法可有效提高阵列性能。

基于路网信息辅助的多星编队系统SAR-GMTI动目标径向速度估计与重定位方法

针对混合多基线系统构型下由动目标高程导致的目标径向速度估计偏差和定位偏差问题,提出一种基于路网信息辅助的动目标径向速度估计与重定位方法。首先,利用目标邻域杂波样本估计动目标的高程干涉相位导向,并结合路网先验信息补偿目标成像位置与其真实位置之间的高程差;然后,采用自适应匹配滤波算法估计目标的径向速度,并进一步将目标径向速度估计及重定位结果与路网信息进行匹配,以消除虚假估计;最后,将目标径向速度估计与重定位结果用于辅助目标高程补偿,并通过迭代处理获得最终结果。基于多星仿真数据的实验结果表明,所提方法能够有效消除目标高程影响,提升多星编队系统在地形起伏背景下的目标径向速度估计和重定位性能。

和差天线空时自适应测角方法及性能分析

雷达模拟和差天线技术通过射频功率合成器形成和差波束,在目标角度测量中应用广泛,然而运动平台雷达经过空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)后难以还原鉴角曲线,即自适应处理后的等效鉴角曲线与静态鉴角曲线发生偏离.针对此问题,本文提出和差天线体制雷达空时自适应测角方法 .该方法通过和差STAP算法抑制杂波后实现角度估计,并且通过理论推导建立了角度估计与和通道输出信噪比、差通道剩余杂噪比之间的关系,重点分析了杂波剩余对角度估计的非一致性影响.仿真实验验证了本文方法的有效性.

联合协方差矩阵重构和ADMM的鲁棒波束形成

为解决传统波束形成器在干扰位置发生扰动和导向矢量失配时,造成自适应权重的不匹配,从而导致算法性能急剧下降,甚至期望信号相消的问题,提出一种联合协方差矩阵重构和交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)的鲁棒波束形成方法。对此,首先基于波束形成器最大输出功率准则,设计了求解最优导向矢量的优化模型。接着,根据Capon算法空间功率谱函数,利用定义的干扰范围对协方差矩阵进行重构,以展宽零陷并增强系统抗运动干扰能力。最后,关于导向矢量的二次不等式约束问题,本质为估计导向矢量和期望导向矢量间的差异,该方法利用ADMM对该二次规划问题进行迭代求解,并在每次迭代中获得导向矢量的具体解。另外,也分析了算法的复杂度。实验结果表明:对比现有的波束形成算法,在干扰处加宽了零陷,提高了波束的抗干扰性;结合复杂度也证明了其计算速度优于现有的算法,并且能够很好地校正失配导向矢量。本方法也为求解二次不等式约束问题和提高波束形成算法性能提供了一种思路和途径。

相控阵和频率分集阵双模式雷达联合目标检测

传统相控阵发射方向图仅是角度的函数,而频率分集阵发射方向图是距离/时间角度的函数,发射方向图的差异使得两种体制各具不同的应用优势。本文提出一种相控阵和频率分集阵双模式体制联合目标检测方法。分析了双模式雷达的发射方向图特性,阐明了相控阵发射功率聚焦与频率分集阵角度宽覆盖结合的优势,提出了相控阵和频率分集阵双模式联合最优检测器,基于检测概率、检测信噪比对比分析了双模式体制相比于单一模式体制的目标检测性能改善。研究表明,相控阵和频率分集阵双模式雷达不仅在主瓣方向具有最优的目标检测性能,而且可以在较小信噪比损失的条件下兼顾旁瓣区域的目标检测性能。

HPRF和差天线雷达导引头杂波抑制方法

高脉冲重复频率(high pulse repetition frequency,HPRF)和差天线雷达在导引头中具有重要应用,其在超低空运动目标检测时,面临多重距离模糊的地海面杂波抑制问题。针对上述问题,提出一种和差通道时域对消的杂波抑制方法。该方法基于和差通道间杂波功率谱相关度较高的特征,联合利用差-差-双差通道数据估计杂波协方差矩阵,拟合和通道的杂波协方差矩阵,并基于最小方差准则实现和通道杂波对消,提升了雷达导引头的杂波抑制性能。仿真实验验证了该方法的有效性。

基于特征结构的自适应波束形成新算法

基于相关矩阵的特征分解，本文提出了一种改进的线性约束最小方差波束形成（LCMV）新算法，当目标信号含于相关矩阵中时，新算法能有效地抑制信号对消现象，并且具有良好的波束保形能力和快速收敛特点，计算机仿真结果验证了这些优点．

阵元幅相误差对AEW雷达二维杂波谱的影响

本文研究了不可避免的阵元幅相误差对各列先微波合成为列子阵的矩形侧面相控阵机载预警（ＡＥＷ）雷达二维杂波谱的影响，并分析了基于理想＂脊背型＂杂波谱的二维信号处理性能下降的原因，为深入研究时空二维处理提供了基础．

基于CDMA基站辐射源雷达的动目标检测方法

提出一种利用单天线获取参考信号进行直达波及多径回波抑制的方法,该方法将接收的码分多址(CDMA)前向链路信号利用Walsh码解扩,分解出各个前向链路信道,通过逻辑判决恢复出各信道原始的发射信号数据后再合并,获得纯净的CDMA前向链路信号,将其作为参考信号抑制直达波和多径回波,之后再对回波信号进行相干匹配滤波实现动目标检测。最后通过计算机仿真验证了该方法的有效性。

精密单点定位零基准非差模糊度固定方法

精密单点定位作为一种全球卫星导航系统高精度定位方法,模糊度固定是决定其定位精度和收敛时间的关键因素,也是实现精密单点定位完好性监测的前提条件。传统的精密单点定位模糊度固定方法采用星间差分的形式,忽略了卫星端相位偏差的快速变化特性,当切换基准卫星时导致用户计算复杂度增加,甚至需要重新固定模糊度。针对上述问题,设计了一种零基准非差相位模糊度固定方法:服务端采用零基准条件估计卫星端硬件偏差小数部分,用户端使用服务端产品固定非差载波相位模糊度,从而得到精密单点定位模糊度固定的坐标解。创新设计一种偏差零基准精密单点定位模糊度固定策略,实现了非差形式的模糊度固定,从而避免参考星的切换所带来的精密单点定位模糊度重新固定问题,并且能够为精密单点定位完好性监测提供算法基础。实验验证结果表明,零基准模糊度固定方法的坐标估计精度优于3 cm,相比浮点解精密单点定位方法提高30%~44%,并且能够改善E方向与N方向的精度差异。

基于四阶累量的MUSIC算法对阵元误差的稳健性分析

本文分析了基于四阶累量的ＭＵＳＩＣ算法（记作ＦＯＣ－ＭＵＳＩＣ），在实际阵元存在幅相误差时，对波达方向（ＤＯＡ）的估计性能，给出了大样本情况下的估计方差公式，并与基于协方差矩阵的标准ＭＵＳＩＣ算法作了比较。计算机仿真结果表明，本文给出的方差公式与实验仿真结果十分接近。文中还给出了利用高阶累量的方法可获得阵列有效孔径扩展的新解释。