距离角度失配条件下的FDA-MIMO雷达运动目标检测算法

频控阵-多输入多输出(Frequency Diverse Array-Multiple Input Multiple Output,FDA-MIMO)雷达是一种新体制雷达,其发射频率分集特性带来了额外的距离维信息,然而采样误差同样带来了导向矢量失配的问题,不仅如此,角度误差的存在也会进一步加重导向矢量的失配,极大地影响检测器的检测性能。此外,目标速度过快也会对FDA-MIMO雷达的目标检测性能产生影响。速度带来的影响具体表现在两个方面:一方面会导致目标的距离走动,从而导致不同慢时间的回波包络不能对齐,无法相干积累;二是频率增量引起的多普勒扩展,使得不同发射通道的多普勒频率不一样,这会进一步影响检测性能。针对上述问题,本文针对运动目标情况下的目标检测问题进行研究,为了解决目标运动带来的距离徙动和多普勒扩展效应,引入Keystone变换进行校正。此外,为了提升阵列失配条件下的目标检测性能,本文引入子空间模型,提出了距离角度失配情况下的子空间构建方法,并基于广义似然比检验(Generalized Likelihood Ratio Test,GLRT)准则推导了FDA-MIMO雷达在距离和角度失配条件下的自适应检测器。仿真结果表明:在高斯白噪声背景下,所提算法可以校正运动目标在速度较快情况下导致的距离徙动和多普勒扩展效应,且在阵列距离和角度失配条件下的检测性能优于传统的GLRT检测器。此外本文所提Keystone-空域处理检测器与Keystone-全空时处理检测器的性能接近,且计算复杂度更低。

基于多普勒偏移补偿的非线性FDA-MIMO雷达运动目标检测算法

非线性频控阵-多输入多输出(Frequency Diverse Array-Multiple Input Multiple Output,FDA-MIMO)雷达具有非线性增加的阵元频偏,使得雷达的距离-角度波束图不再呈现“S”型,而聚焦为点波束,以此将发射能量聚焦到目标位置能够获得更优异的目标检测性能。不过,FDA-MIMO雷达检测运动目标时,由于发射阵元间的频偏与目标速度存在耦合,导致在慢时间维出现多普勒偏移。基于插值滤波的重采样算法能够补偿阵元频偏带来的多普勒偏移,但对于非线性FDA-MIMO雷达,由于阵元间频偏不再是线性变化,上述算法将会失效。本文提出了一种新的算法,可以利用Keystone变换和多普勒偏移补偿的方法,来检测非线性FDA-MIMO雷达中的运动目标。建立了非线性FDA-MIMO雷达运动目标的回波模型,指出了基于插值滤波的重采样算法存在的不足,提出了一种基于速度搜索的算法来补偿非线性FDA-MIMO雷达检测运动目标时出现的多普勒偏移。首先利用Keystone变换消除目标回波的距离徙动,然后根据阵元间频偏构造多普勒补偿函数,利用多普勒补偿函数和各阵元脉压后的回波信号构造速度搜索函数,通过设定合适的速度搜索范围对其进行搜索,当该函数取得峰值时对应的速度即为真实速度,最后利用搜索的速度补偿多普勒偏移后再做相干积累检测目标。仿真结果表明:所提算法可以准确补偿阵元间的多普勒偏移,且在非线性FDA-MIMO雷达体制下的检测性能优于基于插值滤波的重采样算法。

基于UCA-FDA雷达距离补偿的DOA估计方法

主瓣欺骗式干扰给雷达在电子对抗中的应用带来了挑战。为了解决电子对抗中主瓣距离欺骗干扰的到达方向(direction of arrival,DOA)估计问题,基于均匀圆阵的频率分集阵列(uniform circular array-frequency diverse array,UCA-FDA)雷达,提出了一种利用距离补偿的DOA估计方法。所提方法通过对雷达接收信号进行距离补偿,消除距离维度上的影响,并将角度联合导向矢量和处理后的协方差矩阵代入多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法,从而获得目标的方位角和俯仰角。此外,所提方法还增加了分辨来自同一方向的多个目标的功能,具有角度估计精度高、抗干扰性能好、适用低快拍情景的优点。仿真实验也证明了所提方法的有效性。

张量框架下双基地FDA-MIMO雷达参数估计算法

频控阵(Frequency Diversity Array,FDA)雷达于2006年由Antonik和Wicks提出.由于FDA雷达每个相邻的天线之间存在一个频率偏移,因此在发射阵列存在距离角度二维依赖性.而对于双基地频控阵多输入多输出(FDA-Multiple Input Multiple Output,FDA-MIMO)雷达而言,在导向矢量中耦合了波离方向、到达方向、距离(Direction Of Departure-Direction Of Arrival-range,DOD-DOA-range)三个信息,如何对三者信息进行解耦便成为研究的重点.本文针对双基地FDA-MIMO雷达的目标参数估计问题,提出了一个张量框架下的降维多重信号分类(Reduced-Dimension MUltiple SIgnal Classification,RD-MUSIC)的参数估计算法.首先,为了将发射阵列中的DOD和距离信息进行解耦,需要对发射阵列进行子阵的划分.紧接着利用高阶奇异值分解(High-Order-Singular Value Decomposition,HOSVD)算法获得信号子空间,并构建二维空间谱函数.其次,通过拉格朗日算法对空间谱进行降维,使其仅与DOA有关,从而得到DOA估计.然后利用子阵之间的频率增量来对DOD和距离信息进行解耦,同时消除相位模糊,最终得到与DOA估计自动匹配的DOD和距离估计.所提算法利用高维数据的多维结构提高了估计精度,同时能够有效地降低运算复杂度.数值实验证明了所提算法性能的优越性.

基于深度学习的FDA-MIMO雷达协方差矩阵缺失数据恢复方法

频控阵-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达通过波束形成技术实现抗干扰的研究已经十分丰富。然而,在实际工作中,受元器件老化和存储设备容量等硬件因素的影响,计算得到的信号协方差矩阵可能会出现数据缺失的情况。为了克服协方差矩阵数据缺失对波束形成算法性能的影响,该文提出了一种基于深度学习的FDA-MIMO雷达协方差矩阵数据恢复方法,并建立了协方差矩阵恢复-自适应波束形成的两阶段处理框架;提出了一种双通道生成对抗网络(GAN)来解决矩阵数据恢复问题,该网络主要由鉴别器(D)和生成器(G)两部分组成:生成器主要功能是输出完整的矩阵数据,鉴别器则是判别数据为真实数据还是填补数据。整个网络通过鉴别器和生成器之间相互对抗使生成器生成样本接近于真实数据的分布,从而实现对协方差矩阵缺失数据的恢复。此外,考虑到协方差矩阵数据为复数,分别构造两个独立的GAN网络以满足矩阵数据实部和虚部的训练。最后,数值实验结果表明,协方差矩阵真实数据与恢复后的数据平均均方根误差仅为0.01量级,验证了所提方法能够有效恢复协方差矩阵的缺失数据。

FDA干扰技术进展及前景综述

不同于相控阵的发射波束只有角度依赖性,频控阵通过在阵元间附加一个频偏,使其发射波束具有距离-角度二维依赖性,可以同时解决波束发射时的角度指向和距离指向问题,这使得频控阵雷达在电子干扰领域具有独特的应用优势。基于此,介绍了频控阵雷达的模型和干扰原理,全面梳理了频控阵雷达干扰领域的研究进展,对频控阵雷达干扰的主要技术进行了系统性总结,分析了频控阵雷达在干扰领域的主要应用前景。结果表明,频控阵通过在距离维上增加一个自由度,使其具有良好的电子干扰效果。

基于多普勒扩展补偿的FDA-MIMO雷达运动目标检测

频控阵-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达在检测运动目标时,由于发射阵元间的频率偏移与目标的速度耦合,因此在慢时间维出现严重的多普勒扩展,进一步造成各接收通道的信号能量无法相干累积,极大降低了系统的检测性能。针对此问题,该文提出一种基于多普勒扩展补偿的FDA-MIMO雷达运动目标检测算法。首先建立了FDA-MIMO雷达运动目标的回波模型,分析了频偏带来的多普勒扩展问题;然后在给出最大似然接收机模型的基础上,提出一种基于插值滤波的重采样算法来补偿FDA-MIMO雷达在检测运动目标时引起的多普勒扩展。仿真结果表明:该文所提算法在抑制多普勒扩展的同时,能够补偿子目标回波在距离维的跨单元走动,实现信号能量的相参累积。

双基地FDA-MIMO雷达角度、距离及速度无模糊估计方法

在传统的相控阵雷达中,由于受到脉冲重复周期(PRF)的限制,距离估计精度和速度估计精度往往难以同时得到提高.该文将频控阵(FDA)和双基地多输入多输出(MIMO)雷达相结合,提出了一种基于双基地FDA-MIMO雷达的角度、距离及速度联合估计方法.文章首先利用FDA技术,使得雷达的发射矢量中包含目标的角度、距离甚至速度信息.然后提出了基于子阵的波形设计和解耦合算法以对发射矢量中距离-速度进行解耦合处理,并利用传统的子空间类算法对目标的发射角(DOD)、接收角(DOA)、距离和速度进行估计,最后文章提出了基于FDA的解模糊方法以解决距离和速度模糊问题.另外,该文推导了该方法下参数估计的克拉美罗界(CRB)并分析了其性能.仿真结果验证了所提出方法的能够对目标的角度、距离和速度进行无模糊的联合估计.

FDA-SAR高分辨宽测绘带成像距离解模糊方法

由于多普勒模糊和距离模糊的制约,星载合成孔径雷达(SAR)成像方位高分辨率和宽测绘带成像之间存在严重的矛盾.针对这一问题,该文提出了基于频率分集阵列(FDA)SAR系统的高分辨宽测绘带成像距离解模糊方法.该方法基于FDA的距离维可控自由度,利用FDA发射导向矢量的距离和角度二维依赖性,在空间频率域实现距离模糊回波的分离并对不同距离模糊区域分别进行成像处理,解决了星载SAR成像测绘带宽对方位高分辨率的制约问题.仿真实验验证了所提方法的正确性和有效性.

基于FDA-MIMO的距离欺骗干扰鉴别方法

提出了一种基于频率分集阵列多输入多输出(FDA-MIMO)的距离欺骗干扰鉴别方法。FDA-MIMO中,目标回波在阵元间产生的相位差及空间角频率与距离、角度呈线性关系,而假目标不满足该关系。本文对目标回波和多类假目标在FDA-MIMO接收端的相位差、空间角频率进行了理论推导,详细分析了上下变频、匹配滤波、信号混合、移频等因素的影响,给出了假目标鉴别的具体流程。理论分析及仿真结果表明,该方法能准确提取混合信号的相位差及空间角频率信息,有效对抗多种类型的转发式欺骗干扰。

基于均匀面阵的频控阵MIMO雷达无网格参数估计方法

现有的面阵场景下的频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)MIMO雷达参数估计方法大多需要进行谱峰搜索,因此面临计算复杂度高、估计精度不够准确等困难。针对这一问题,提出了一种基于均匀面阵FDA-MIMO雷达的无网格参数估计方法。首先推导了角度和距离解耦的均匀面阵FDA-MIMO雷达模型,其次提出了适用于该模型的基于低秩矩阵重构的优化问题,并推导了基于交替投影的算法实现,以加快计算速度。最后通过仿真实验验证了所提算法在计算复杂度较低的同时具有较高的估计精度。

基于频控阵二维空域滤波的干扰抑制方法

频率分集阵列(FDA)因其可提供距离维自由度而吸引了广大学者的注意。基于FDA的MIMO雷达可实现比传统阵列雷达更好的目标参数估计能力。然而,当FDA-MIMO雷达受到主瓣欺骗式干扰时,系统的目标探测、参数估计能力将严重下降,甚至无法检测出目标。传统抗干扰方法无法有效抑制主瓣欺骗式干扰。对此,设计了一种基于混沌序列载波频偏的二维空域滤波器,可在抑制主瓣干扰的同时有效保留目标信号。数值仿真实验验证了所提方法的可行性与有效性。对比了基于对数载波频偏的二维空域滤波器,对比仿真结果表明基于混沌序列的方法可以在抑制干扰的同时更好地保留目标信息。

FDA-MIMO雷达非自适应波束形成抗主瓣欺骗式干扰研究

频率分集阵( frequency diverse array, FDA )雷达通过在发射阵元间引入微小的频率步进量,具有额外的距离维可控自由度。通过结合多输入多输出( multiple-input and multiple-output,MIMO )技术,可在接收端分离发射波形,并获得距离角度耦合的发射导向矢量,增加了信号处理的灵活性。本文针对主瓣欺骗式干扰抑制问题,在FDA-MIMO 雷达体制中提出了一种基于非自适应波束形成的抗干扰方法,通过选择合适的频率步进量,使欺骗式假目标位于波束形成方向图的零点,从而实现对其的抑制。仿真实验验证了所提方法的有效性。

FDA-MIMO雷达主瓣距离模糊杂波抑制方法

主瓣上存在的距离模糊杂波降低了检测信噪比,导致检测性能和真实目标的估计准确度急剧下降。这对传统雷达提出了严峻挑战。基于频控阵(FDA)-多输入多输出(MIMO)雷达的距离角度二维波束指向,本文提出一种抑制主瓣距离模糊杂波的方法。该方法利用发射-接收空域鉴别模糊杂波次数,并根据已搜索到的目标的大致距离,利用多重信号分类算法(MUSIC)精确分辨多个目标及杂波位置,最后通过设计线性约束最小方差(LCMV)自适应滤波器,使杂波失配而被抑制。该方法有效地解决了主瓣距离模糊杂波的抑制问题,提升了复杂环境下的目标检测性能。仿真验证了提出方法的有效性。

基于BSS的FDA-MIMO雷达主瓣欺骗式干扰抑制方法

主瓣欺骗式干扰与目标位于同一个波束宽度内,严重影响了雷达对真实目标的检测与参数估计。针对此问题,基于频率分集阵列多输入多输出(frequency diversity array multiple input multiple output,FDA-MIMO)雷达,提出了一种抑制主瓣欺骗式干扰的方法。所提方法的主要突破点在于,当干扰和目标的角度完全相同时,利用FDA-MIMO雷达天线方向图的距离角度二维依赖性,进一步通过基于最大信噪比(maximum signal to noise ratio,MSNR)的盲源分离(blind source separation,BSS)算法将干扰和目标分离在不同的通道,以达到抑制干扰的目的。该方法无需目标的距离、角度先验信息。仿真实验验证了所提算法的有效性,当干噪比(jamming to noise ratio,JNR)为80 dB时,目标的正确检测概率约为0.98。

前视阵FDA-MIMO雷达距离模糊杂波抑制方法

超高速平台前视阵雷达面临强杂波抑制难题,其杂波不仅具有显著的距离依赖性而且存在多重距离模糊,导致雷达动目标检测性能急剧恶化。针对这一问题,提出了一种基于频率分集阵列和多输入多输出雷达的距离-角度-多普勒三维自适应处理距离模糊杂波抑制方法。该方法通过发射-接收二维联合空域和差波束及时域邻近多普勒通道进行降维处理,保证算法的低复杂度以及在小样本条件下的杂波抑制性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。

FDA-MIMO雷达实值降维求根MUSIC参数估计算法

提出了一种基于实值降维求根多重信号分类(MUSIC)的单基地频率分集阵列-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达目标角度和距离估计方法。首先,利用前后向平均和酉变换技术,将复值目标数据模型转化为实值模型,然后利用特征值分解得到实值噪声子空间;利用克罗内克积的特性,将目标角度和距离联合估计问题分解为目标角度、距离分别求解的过程,实现二维MUSIC方法的降维;最后利用多项式求根求解出目标角度与距离参数。数值仿真结果验证了该算法的有效性,结果表明,本文算法目标估计精度与2D-MUSIC算法相当,但本文算法显著降低了计算复杂度,且比基于旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法和传播算子(PM)算法具有显著提升的目标估计精度。

FDA-MIMO雷达目标距离、角度及未知互耦参数估计

针对频控阵多输入多输(frequency diverse array multiple input multiple output,FDA-MIMO)雷达阵列间存在未知互耦合情况的参数估计问题,提出一种基于数据转换的二维多重信号分类方法。首先,构造了存在未知互耦合影响的接收信号模型。然后,通过子空间分解的方法得到用于参数估计的谱函数,并且采用数据转换的方法来解决谱函数由于未知耦合矩阵存在而失真的问题。最后,利用得到的目标距离和角度参数的估计值,通过类似线性约束最小方差重构优化问题,估计出耦合系数矩阵。仿真结果验证了所提方法的有效性,能准确估计阵列间存在未知互耦合效应时的参数和互耦合系数。

基于FDA-MIMO雷达低空多路径目标检测

针对由多径回波的不稳定性导致的检测性能降低的问题,提出了一种基于FDA-MIMO雷达低空目标检测方法。建立多径环境下FDA-MIMO雷达的信号发射接收模型,并将经典的Swerling2目标起伏模型推广应用于低空目标检测,采用广义似然比检测方法对目标进行检测。通过与传统的MIMO雷达和FDA雷达体制下检测方法对比,验证了该方法的可行性。

机载前视FDA-MIMO雷达距离模糊杂波抑制

高重复频率的前视阵雷达杂波存在距离依赖问题和距离模糊问题,导致传统的空时自适应处理方法杂波抑制性能急剧下降甚至失效。针对前视阵雷达距离模糊杂波抑制问题,利用频控阵(FDA)-多输入多输出(MIMO)体制提供的可控自由度,本文提出了一种距离模糊杂波抑制方法。该方法将无模糊区域和模糊区域的杂波在空间频率域上分离,利用俯仰角正切值导数更新(Tangent DBU,TDBU)的方法,对前视阵条件下的距离依赖性进行补偿,最后进行空时自适应信号处理。该方法有效解决了前视阵雷达距离模糊杂波抑制问题,提高了杂波抑制性能,仿真实验验证了本文方法的有效性。