多载波雷达信号设计及其处理方法研究

本文设计了一种新的多载波线性调频(LFM)雷达波形,使得相邻载波间采用了极性相反的调频率来保证子载波间良好的正交性。基于这种多载波雷达波形,分析了静止目标和运动目标的回波处理方法以及其中的一些关键问题。最后,利用各子载波与多普勒频移间的特殊关系,提出了基于子载波初次估计和最小熵值法二次估计的联合速度估计方法。通过理论分析和仿真实验证明该方法运算量少,灵活简单,具有一定的稳健性。

多载波雷达的单次回波速度估计方法

该文分析了多载波雷达信号静止目标和运动目标的回波模型,利用各个子载波上多普勒频率间的特殊关系,提出了分别在单散射点和多散射点目标模型下单次回波的速度估计方法,该方法将各个载波自相关处理后的数据进行非线性最小二乘估计测量速度。给出了相应的实现框图,分析了速度估计方法的理论精度和复杂度。理论分析和仿真结果表明该方法运算量小,灵活简便,且是有效的。

多载波雷达系统的信息量及克拉美罗界

采用香农信息论的思想方法,以接收信号与被测目标的距离⁃幅相之间的互信息为测度,提出了目标距离信息和幅相信息的统一定义及描述方法,并推导出目标距离信息和幅相信息的闭合表达式,从而建立起多载波雷达系统的信息理论模型。研究表明,目标距离信息和幅相信息将产生相互影响,幅相信息通常依赖于距离信息。当目标的散射系数服从复高斯分布时,目标的幅相信息只与信噪比有关,而与距离信息无关。本文进一步研究了目标的距离信息量与最大似然估计之间的关系。理论分析与数值仿真结果表明,在高信噪比条件下,Cramer⁃Rao界就是距离信息量的渐近上界。然而,实际雷达系统通常工作于中等信噪比环境,长期以来,其理论上界并不清楚。现在,目标的距离信息量可作为最大似然估计的性能上界,为实际系统的性能提供了比较的依据。这一结论显示雷达信息理论对实际应用具有重要的指导作用。

压缩感知在多载波EBPSK雷达中的应用

将压缩感知(CS)技术应用于多载波相位编码脉冲雷达中,分析了该雷达的目标时延和多普勒频率估计以及不同频点散射系数估计的性能.对比了在不同目标数条件下采用BCoSaMP重构算法时EBPSK与BPSK的目标时延和多普勒频率估计性能,并估计了雷达的目标散射系数.仿真结果表明:基于CS的密集多载波雷达的目标检测性能优于正交多载波雷达,而且在正交与密集多载波条件下,EBPSK调制的目标检测性能优于BPSK调制;目标散射系数估计精度与信噪比呈对数关系,在低信噪比时EBPSK调制的目标散射系数估计性能优于BPSK调制.理论分析与仿真结果表明了CS技术在降低信号的采样频率方面的有效性和可行性.

载波编码多载波相位编码雷达信号抗间歇采样干扰研究

根据间歇采样转发干扰时域不连续采样特点,本文创造性地提出了一种具有抗间歇采样转发干扰特性的基于载波编码(CC)和多载波相位编码(MCPC)雷达信号,即CC-MCPC信号。与目前常用的滤波器设计抗干扰方法不同,CC-MCPC信号是从波形设计的角度出发,采用具有良好伪随机性的混沌序列对时域中的每个符号进行编码,频域中采用巴克码对每个子载波进行编码。载波编码增加了雷达波形脉冲的伪随机性,降低了雷达回波与间歇采样干扰的相关性,从而有效地抑制了假目标的干扰。CC-MCPC与常用滤波器设计方法互不冲突,可叠加使用。本文设计了两个仿真实验,验证了CC-MCPC的有效性和可行性。实验结果表明,在文中所述的典型参数下,CC-MCPC信号与传统的MCPC信号和LFM信号相比,CC-MCPC信号经脉冲压缩后的SJR改善因子优化了1~1.5 dB。

多载波调相雷达的功率放大器非线性效应补偿

针对多载波调相雷达信号因具有较高的包络峰均比而易受功率放大器非线性影响的问题,该文利用Saleh非线性模型分析了功率放大器非线性效应对多载波余码相位调制(MCPC)雷达信号的一维距离像的影响,采用单个MCPC脉冲连续两次发射的信号结构和回波信号自相关的方法提取非线性参数,对MCPC雷达信号的非线性效应进行补偿。理论分析和仿真结果表明该方法可以分离非线性与多普勒效应,不仅使非线性补偿过程免受多普勒和噪声影响,且能保留多普勒信息。

基于MIMO雷达的重复线性冗余多载波相位编码信号抗间歇采样干扰研究

该文基于雷达信号时域间断采样获得间歇采样和重复干扰(ISRJ)的原理,提出了一种基于多输入多输出(MIMO)雷达和多载波相位编码(MCPC)雷达信号的新型重复线性冗余(RLR)波形,即RLR-MCPC信号。从波形设计的角度出发,对于采用MCPC多相编码结构的信号,采用混沌序列对每个码片进行时域编码。此外,在时频域中,一些码片通过重复线性排列进行冗余编码。频域上,每个子载波都包含冗余编码,时域上,脉内任意时间段都包含冗余编码。在MIMO雷达中,雷达信号按子载波分成多路通道进行传输,在每路通道中对接收信号进行处理,保证间歇采样不论在时域中如何采样,都会在某一路通道上采样到冗余信息,从而与匹配滤波器失配。所以,RLR处理使信号具有抗间歇采样转发干扰(ISRJ)的特性,能有效抑制ISRJ假目标的干扰。结果表明,在该文设计的典型参数下,经过脉冲压缩后的RLR-MCPC信号的SJR改善因子比MCPC信号优化了2.5~3 dB。

多载波相位编码雷达间歇采样转发干扰分析

目前,基于正交频分复用(Orthorgonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的多载波相位编码雷达的转发欺骗干扰主要通过调制转发和直接复制转发来实现。传统干扰形式简单,干扰信号滞后时延长、规律性强、可预测性高。本文将间歇采样转发干扰思想引入到多载波相位编码体制雷达中,对经过伪噪声(Pseudo-Noise,PN)序列调制、P4码及混沌二相码(chaotic binary-phase code,CBPC)的OFDM雷达信号进行干扰效果分析;并在不同的干扰转发方式下,得到了各干扰参数与干扰效果间的映射关系,实现了对多载波相位编码雷达的幅度、数量、空间分布可控的逼真假目标干扰。结果表明:间歇采样直接转发干扰对信号编码方式的变化不敏感,但能形成单一假目标干扰;间歇采样重复转发干扰可形成逼真假目标串,且在采样占空比较小时,能对雷达系统形成近似压制式的干扰效果。

Detection optimization for resonance region radar with dense multi-carrier waveform

Unlike the existing resonance region radar systems （RRRS ） that transmit the orthogonal frequency division multiplexing （OFDM）multi-carrier waveform,the dense multi-carrier （DMC）radar waveform which has a narrower frequency interval than the traditional OFDM waveform is proposed.Therefore,in the same frequency bandwidth,the DMC waveform contains more sub-carriers and provides more frequency diversity.Additionally,to further improve detection performance,a novel optimal weight accumulation target detection （OWATD）method is proposed,where the echo electromagnetic waves at different frequencies are accumulated with the optimal weight coefficients.Then,with the signal-to-noise ratio （SNR）of echo waveform approaching infinity,the asymptotic detection performance is analyzed, and the condition that the OWATD method with the DMC outperforms the matched filter with the OFDM is presented.Simulation results show that the DMC outperforms the OFDM in the target detection performance,and the OWATD method can further improve the detection performance of the traditional methods with both the OFDM and DMC radar waveform.