基于雷达自动目标识别技术的反无人机雷达

面对“低慢小”(Low Slow Small, LSS)无人机威胁挑战,反无人机雷达的关键作用日益凸显。在反无人机系统(Countering-Unmanned Aerial Systems, C-UAS)技术中,反无人机雷达作为C-UAS的核心传感器,承担着关键任务,包括探测和导引等。尽管其重要性显而易见,反无人机雷达设计仍然存在概念上的不清晰,例如如何定义LSS无人机目标,以及为何众多反无人机雷达难以探测无人机等问题。通过探讨雷达自动目标识别(Automatic Target Recognition, ATR)技术在反无人机雷达中的应用,从目标特性和探测技术2个方面明确了关键问题。强调了雷达探测的独立过程,将其分为“信号检测”和“目标识别”,并指出反无人机雷达的主要探测对象是LSS无人机目标。ATR性能等级被明确定义,涵盖了“Detection探测”“Classification分类”“Identification识别”“Description描述”4个等级。整合ATR功能显著提升了无人机的探测距离和识别能力,推动了反无人机雷达系统的性能升级。

航天返回舱雷达探测技术研究

雷达在探测航天返回舱黑障区时,因受到等离子体鞘套干扰,长期存在跟踪不稳定甚至丢失等问题。本文从等离子体鞘套与电磁波相互作用机理出发,提出了航天返回舱黑障区电磁特性仿真方法和再入场景回波仿真方法;结合仿真与实测数据研究获取黑障区目标回波特征,提出了基于鞘套快时变特性的目标检测方法;设计了返回舱黑障区认知探测流程,将其应用于多频段雷达装备成功完成了多次返回舱探测任务,保障了黑障区稳定跟踪,基本解决了航天返回舱黑障区雷达探测问题。

基于自适应参数估计的微动时频表征重构方法

针对数据缺失条件下的目标微动回波时频表征重构问题,提出了一种基于自适应参数估计的微动时频表征重构方法。首先,将缺失的微动时频表征重构问题建模为基于L_P范数最小化的稀疏重构问题,其次,引入哈达玛积参数将L_P范数最小化稀疏重构问题转化为多个L_2范数联合最小化问题,并采用迭代吉洪诺夫正则化求解,同时在每次迭代过程中根据重构结果自适应估计正则化参数,最后,采用除偏处理减小了重构时频表征的振幅衰减。与传统微动回波时频表征重构方法相比,所提方法避免了需要人工设置正则化参数不足的问题,并且重构的时频表征更加完整。仿真实验和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性和稳健性。

方位向调制干扰对高分宽幅多通道SAR的影响

多通道合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)能够利用方位向多通道重构处理去除多普勒模糊,获得高分宽幅SAR图像。针对此特殊的多通道重构处理方式,研究了传统SAR方位向调制干扰对高分宽幅多通道SAR的影响,包括多普勒调制干扰和脉冲延迟转发干扰两种类型的方位向调制干扰方式,为高分宽幅多通道SAR干扰决策提供理论基础。理论分析指出,多普勒调制干扰信号经成像处理后将在方位向生成等间隔分布的虚假目标,并且幅度受与多普勒调制频率相关的正弦函数和匹配滤波损失联合调制;而脉冲延迟转发干扰信号在成像后将只有单个干扰目标出现,且目标的方位位置仅与延迟的脉冲数有关。仿真实验验证了理论分析的正确性。

基于自适应字典校正的稀疏恢复STAP算法

空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)技术在时间维(脉冲维)和空间维(阵元维)联合进行信号处理,以实现动目标检测功能。但是,传统STAP技术的计算复杂度非常高,而且在优化处理信号过程中需要大样本的支撑,在实际的工作场景中,杂波环境复杂易变,不易获取足够多的独立同分布样本,因此杂波抑制效果较差。稀疏恢复空时自适应处理(Sparse Recovery Space-Time Adaptive Processing,SR-STAP)算法可以利用很少的训练样本实现杂波抑制,但大多数SR-STAP算法的计算量巨大,运行速度慢,算法实时性不高。此外,SRSTAP算法需要对连续空时二维平面进行离散化处理,将空时二维平面划分为很多细小的网格,由于真实的杂波在空时平面上是连续分布的,同时考虑雷达接收信号中噪声、系统参数误差等因素的影响,真实杂波点与离散化网格点之间一定存在着偏差,会造成网格失配现象,导致SR-STAP算法杂波抑制性能下降。针对此问题,本文提出了基于自适应字典校正的稀疏恢复STAP算法。该算法首先通过子空间投影法筛选出与杂波最相关的原子;然后围绕选定原子由粗到细进行自适应局部网格划分,按照局部网格迭代选优准则,不断调整选择局域内的最优原子,直到满足迭代终止条件,以匹配真实的杂波点;最后利用选定的最优原子对应的空时导向矢量构造杂波子空间,更新噪声子空间上与杂波子空间正交的投影矩阵得到STAP权值。仿真实验表明,所提算法与传统SR-STAP算法相比,具有更高的稀疏恢复精度,更快的运行速度,改善了STAP性能。

UWB HPM对雷达方舱内电子设备的影响仿真分析

针对高功率微波辐照下雷达方舱内电子设备的响应和毁伤效应等实际问题,通过建立雷达方舱和舱内电缆模型进行了辐照仿真分析。结果表明,高功率微波信号在进入方舱时,方舱起到一定的滤波作用,类似带通滤波器;雷达方舱和舱内设备的反射会影响方舱内场强分布和极化,造成方舱内电场分布不均匀,各向异性降低,但尚未达到混响室程度;通过仿真概略计算了方舱内信号分布和传输特性;方舱内电缆耦合信号电压基本在同一个数量级,超宽谱信号辐照影响主要以扰乱为主。针对上述影响,提出了相应加固措施,可为雷达在高功率微波武器攻击下进行后门防护加固提供理论支撑。

基于杂波拖尾分布的雷达无人机检测性能分析

固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)给雷达低空监视提出了严峻挑战。分析雷达对固定翼UAV的检测性能,可为雷达UAV检测能力评估和技术升级提供重要参考。本文结合雷达探测低空固定翼UAV外场实测数据,首先分析了低空固定翼UAV雷达接收信号幅度统计分布,采用多项式对杂波拖尾导致的虚警概率进行拟合建模;然后,根据虚警概率分布得到雷达检测门限;进而根据UAV回波+杂波幅度分布理论推导得到雷达检测概率;最后,将理论分析性能与传统性能分析结果、雷达实际检测性能进行对比。结果表明,采用多项式对杂波拖尾导致的虚警概率进行单独建模,由此获得的雷达检测门限精度更高,从而使雷达UAV检测性能分析结果较传统性能分析结果更准确。

考虑综合性能最优的非短视快速天基雷达多目标跟踪资源调度算法

合理有效的资源调度是天基雷达效能得以充分发挥的关键。针对天基雷达多目标跟踪资源调度问题,建立了综合考虑目标威胁度、跟踪精度与低截获概率(LPI)的代价函数;考虑目标的不确定、天基平台约束以及长远期期望代价,建立了多约束下的基于部分可观测的马尔可夫决策过程(POMDP)的资源调度模型;采用拉格朗日松弛法将多约束下的多目标跟踪资源调度问题转换分解为多个无约束的子问题;针对连续状态空间、连续动作空间及连续观测空间引起的维数灾难问题,采用基于蒙特卡罗树搜索(MCTS)的在线POMDP算法—POMCPOW算法进行求解,最终提出了一种综合多指标性能的非短视快速天基雷达多目标跟踪资源调度算法。仿真表明,与已有调度算法相比,所提算法资源分配更合理,系统性能更优。

舰艇水下腐蚀静电场计算及影响因素仿真分析

为了进一步分析影响舰船电场的不同因素,提高舰艇水下静电场仿真分析中电偶极子建模方法的准确性,研究产生舰艇水下腐蚀静电场的腐蚀电化学原理和特性,从腐蚀电流密度的角度推导船体-螺旋桨电偶腐蚀电流表达式,并利用镜像法求解出了空气-海水二层模型下水平和垂直电偶极子电场解析式。建立基于舰艇腐蚀电流电偶极子的电场解析模型,在此基础上利用数值仿真对一中型舰艇水下50 m测线上的电场进行分析。结果表明:在设定变化范围内,船体腐蚀电位、螺旋桨腐蚀电位、船体浸水面积、螺旋桨浸水面积、海水温度、海水电导率对舰艇水下腐蚀静电场的影响程度分别约为29%、23%、53%、82%、30%和67%。仿真结果和电场解析模型可以为进一步研究舰艇水下腐蚀静电场特征及防护方法提供有力的理论支撑。

宽带复合双基地雷达舰船目标长度估计方法

舰船目标长度特征对舰船目标识别具有重要作用,该文提出一种基于宽带复合双基地雷达联合观测的舰船目标长度估计方法。该方法综合利用单/双基地雷达高分辨距离像(HRRPs)长度,结合双基地雷达-舰船之间的空间关系求解,实现了单次测量估计舰船目标的实际长度,并分析了各种误差因素和几何构型条件下的估计误差。典型场景动态仿真证明了所提方法的有效性,结果表明在高分辨距离像长度误差小于5%条件下,舰船目标长度估计误差小于5%,为舰船目标特征提取与识别提供了新思路。

一种4 GHz瞬时带宽的6~18 GHz超宽带T/R组件设计

针对现代电子对抗设备的大瞬时带宽要求,文中设计了一种瞬时带宽4 GHz的6~18 GHz超宽带T/R组件。采用砖块式多芯片组件(Multi-Chip Module,MCM)和超宽带信号传输等技术实现了T/R组件高集成、小型化和模块化的要求。对T/R组件组成构架、收发通道指标预算、宽带信号传输特性仿真和电磁兼容性设计进行了详细描述。测试结果显示,T/R组件在12 GHz工作带宽内具有良好的性能,发射功率大于35 dBm,接收增益大于20 dB,噪声系数小于5 dB,延时总量达762 ps。

基于逆Radon变换的圆迹SAR三维成像算法

随着合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)的应用需求不断提高,出现了圆迹SAR的成像模式,解决传统直线轨迹SAR只能获取二维斜距图像的问题,在地形测绘、建筑物提取、灾害评估等领域具有较高应用潜力。现有的圆迹SAR三维成像算法还存在计算量大、实现复杂等问题,通过对圆迹SAR模型的斜距几何分析,结合回波信号模型设计波数域补偿函数,将距离压缩曲线矫正为基线为零的正弦曲线;结合逆Radon变换,实现对目标的正弦曲线的二维聚焦;通过逐高度平面二维成像结果的堆叠,实现目标的三维成像。通过仿真分析了所提算法的成像质量,验证了所提算法三维成像的有效性。

机载雷达开关电源新型防浪涌电路设计

针对机载雷达开关电源防浪涌电路在瞬态频繁开关机情况下失效率高的问题,研究了一种新型防浪涌电路。通过将栅源驱动电路和主功率充放电回路分离,分别对两个充放电时间常数独立设计,消除相关性,实现开关电源在瞬态频繁开关机状况下的有效防冲击保护。文中对常规和新型两种防浪涌电路进行了对比分析,仿真和试验结果证明了新型防浪涌电路的有效性。该电路同时具备输入防反接功能,已广泛应用于机载雷达开关电源设计。

高精度毫米波柱面孔径全息成像算法研究

近年来,国际恐怖袭击事件时有发生,使得安全形势变得极为严峻,因此迫切需要引入新型的安全检查手段,防范和应对重大安全事故的发生。在此背景下,毫米波全息三维成像凭借其安全性、穿透性和高分辨率成像等优势,被广泛地应用在安检领域。由于人体安检需要在短时间内对目标进行精确的检测,具有实时性的特点,即需要在实时情况下快速做出判断和决策,因此对成像精度有着更高的要求。本文提出了一种高精度毫米波柱面孔径全息成像算法,给出了柱面孔径三维成像所需要满足的采样准则;首先,将成像区域划分为序列不同半径的成像柱面,依据成像精度和相位误差控制范围设置成像参考柱面,简化重复计算匹配滤波函数的过程;然后,将回波信号变换至三维波数域中,并与匹配滤波函数相乘;接着,沿距离向对匹配滤波的结果进行积分,聚焦获得相应半径柱面上目标的散射信息;最后,对不同半径柱面上的目标进行聚焦,获取目标的全部散射信息,进而完成对整个观测区域的三维图像重建。本文给出了参考面最佳分配策略和算法成像复杂度分析,并通过点目标仿真详细地分析了相位误差对成像质量的影响,并与现有的方法进行了比较,以及在同样的系统参数下对人体模特进行成像实验,仿真和实验的结果表明本文方法的有效性、精确性和正确性。

车载机动式测控站结构设计

高机动性是电子装备提高战场生存能力的重要手段,本文针对新型机动测控站高机动性以及机动中工作的需求,提出了一种高度集成的一车一站车载机动式测控站,对其从整车布局、人机工程、热设计等多角度进行了论述,其共形相控阵天线阵面的设计理念既保证了系统空域的覆盖,也可以为内部工作人员创造优良的工作环境,通过专业软件对系统天线舱的力、热、磁、噪声等性能的分析评估,证明相关设计可以满足要求,其设计思路可为后续类似系统的研制提供借鉴。

一种机载大型雷达精细化测角零值标定方法

针对机载大型雷达的波束指向受天线罩、机体散射耦合影响而产生的非规则误差,本文提出了一种精细化高效率标定方法.该方法中雷达无需发射,综合利用无人机挂载小型标定源和采取多项式拟合的方法实现快速误差标定.仿真结果验证了该方法的有效性.

基于DEM的雷达阵地选址预处理方法研究

防空预警雷达阵地选址的优劣直接影响雷达本身及防空武器作战效能的发挥.针对基于数字高程模型(DEM)的常规实时计算方法存在耗时、耗力的问题,在明确阵地选址预处理内容的基础上,提出了预处理的具体流程和参数计算方法.通过数据预处理,以空间换时间的方式解决了阵地自动选址计算量大、耗时长的问题.实例仿真结果表明,该雷达阵地选址预处理方法大大缩短了自动选址时间,有效提高了选址效率.

一种基于目标RCS起伏模型的雷达干扰效果评估方法

目前,在雷达干扰效果评估的相关研究中,大多将雷达探测目标的雷达截面积(RCS)设为常数。实际上,目标的RCS是起伏的,会影响干扰效果。基于此,论文中提出了一种基于RCS起伏模型的雷达干扰效果评估方法,通过理论分析得到了目标RCS起伏条件下的干信比概率密度函数模型,进而推导提出了目标RCS起伏条件下的有效干扰概率模型,并运用该模型对不同场景下的干扰效果进行了仿真评估,为干扰策略优化提供了有效支撑。

一种基于稀疏重构的多视角MIMO雷达关联成像算法研究

为改善复杂目标的成像表现、提升雷达图像的视觉效果,提出一种基于稀疏重构的多视角多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达关联成像方法,设计了多视角雷达散射面积(radar cross section,RCS)起伏的稀疏重构关联成像模型。所提算法能提高辐射场信号随机性,改善复杂目标雷达关联成像参考信号与回波之间相关性退化的情况,减小多视角RCS起伏对相关性的影响,提升多视角下的关联成像质量。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

覆盖整个UHF频段的吸波结构

设计了一种覆盖整个特高频(Ultra-High Frequency,UHF)频段的超宽带吸波结构.利用了磁性材料的磁导率随频率减小而增大的特性,降低了吸波结构性能对频率的敏感性;结合等效电路方法,引入电损耗,进一步改善了吸波结构的低频性能.在整个UHF频段测量了羰基铁粉的介电常数和磁导率,采用遗传算法优化了等效电路参数,采用全波仿真软件优化了结构参数,在低频端对所加工的吸波结构的反射系数进行了测量.测量结果、仿真结果和等效电路结果吻合良好.所设计的吸波结构的相对带宽超过164%,厚度为最低工作频率波长的2.9%.