宽带阵列雷达发射波束形成方法

针对目前宽带阵列雷达普遍面临的由孔径渡越带来的波束指向漂移和主瓣宽度抖动的问题,以线性调频信号作为发射信号,从信号基础理论和阵列处理技术出发推导了波束指向漂移和波束宽度抖动的成因,并分析了它们在不同相对带宽下对雷达波束指向和波束宽度的影响程度。根据理论分析,提出了阵元载频微调和时域重采样法相结合的宽带波束形成方法。理论分析与仿真结果表明,宽带阵列雷达波束可以在一个脉冲持续时间内保持波束指向和主瓣宽度的稳定;同时,该方法具有结构简单、运算量小、速度快的特点,可应用于实时雷达系统并便于工程实现。

基于Dechirping技术的宽带全数字阵列雷达时延测量方法研究

该文基于Dechirping技术,提出了一种测量宽带数字阵列中不同T/R组件间相对时延的新方法。为了提高雷达系统的灵活性、可扩展性及减低硬件成本,该方法可全部通过软件实现,利用抽取技术和FFT算法,不仅能有效地降低数据率和提高计算效率,而且有较好的测量精度及实时性,并能在一次测量过程中对多个T/R组件间的相对时延进行同时测量。文中从理论角度分析了影响测量方法性能的各个因素及其特点,并在此基础上确定出测量系统的各项最佳参数。仿真实验结果验证了该方法的有效性。

宽带数字阵列雷达波束形成的优化实现方法

针对射频采样宽带数字阵列雷达的特点,提出了一种基于可变分数时延滤波器,优化的实时数字时延波束形成方法。该方法根据射频采样后信号变换过程的特点,将抽取抗混叠滤波器与可变分数时延滤波器合并实现,减少了处理环节,并采用多相结构和Farrow结构相结合,实时地实现抽取和可变分数时延,从而得到不随频率偏移的波束指向。计算机仿真结果表明,该方法与整数倍时延波束形成方法相比,能够有效减小指向误差。

宽带数字阵列雷达接收通道的优化设计方法研究

宽带数字阵列雷达(WB-DAR)具有模式多变、抗干扰能力强的优势,还兼具高距离分辨力,能够获取未知目标距离像,对目标进行分类和识别。大带宽信号的使用引入了孔径渡越时间的约束,因此,宽带数字阵列雷达需采用基于时延的宽带波束形成方法,以数字时延补偿方式取代传统窄带相控阵中的移相器来形成波束。该文在宽带数字阵列基础上,针对多级抽取结合可变分数时延滤波器的典型接收通道结构,提出了一种新的接收通道优化设计方法。与原方法相比,在满足同样性能要求的情况下,该方法能够降低抗混叠滤波器和分数时延滤波器的阶数,有效地节约了系统硬件资源。

基于射频采样宽带数字阵列雷达波束形成

宽带数字波束形成技术是宽带数字阵列雷达系统的核心关键技术。然而目前的宽带数字波束形成方法大都存在计算量大、针对特定信号、工程实现复杂等缺点。结合宽带数字阵列雷达的特点与当前先进数字信号处理器件的特性,研究了一种基于射频直接采样的宽带数字波束形成方法。该方法具有计算量小、适用性好、具有较高工程可实现性等特点。计算仿真结果验证了该方法的有效性,并分析了信号带宽、ADC采样速率、采样率带宽比等参数对该方法性能的影响。

大孔径宽带数字阵列时域波束形成方法

对线性调频信号进行拉伸处理已成功应用于宽带数字阵列雷达接收波束形成,但在大阵列孔径条件下,实现任意宽带雷达信号的收发数字波束形成目前仍是难点。文中根据宽带数字阵列雷达的特点和当今数字信号处理器件的发展,通过分析阵列处理误差,综合考虑工程实现复杂度和方法性能,给出了两种基于数字移相与数字延时的时域宽带数字波束形成方法。上述两种方法具有较好的工程可行性,且能够有效克服孔径效应实现任意宽带脉冲信号的收发数字波束形成。通过计算机仿真验证了方法的有效性,并讨论了对方法性能有重要影响的一些因素。

基于子阵时延的数字阵列宽带波束形成

数字阵列雷达是雷达发展的重要方向之一。在宽带信号下,由于孔径效应影响,传统的波束形成方法会导致天线波束指向不准和主瓣展宽,为此需要使用时延补偿单元取代传统窄带相控阵中的移相单元。文中以均匀线阵为模型,分析了瞬时带宽理论,并引入了分数时延滤波器的时延方法,实现数字阵列收发传输时延的精确补偿。仿真结果表明:在线阵中,对每个子阵采用分数时延滤波器进行数字波束形成,有效地解决了宽带信号波束图指向偏移,主瓣展宽的问题。

一种机载宽带数字阵列SAR成像优化方法

机载合成孔径雷达(SAR)利用雷达与目标的相对运动,将尺寸较小的天线用数据处理的方法等效合成较大的天线孔径的雷达。随着雷达阵列技术的发展,机载数字阵列SAR成像技术得以工程应用。但因宽带数字阵列的时延补偿带来了带宽损失,在SAR成像过程中用于脉压的调频斜率须进行一定的优化,才能得到更好的成像效果。本文首先介绍了数字阵列SAR雷达的时延和相位补偿方法以及因时延补偿带来的调频斜率的变化,其次针对调频斜率的失配对脉压结果的影响分析及其内在原因,最后结合飞行试验和地面试验数据对宽带数字阵列SAR成像优化方法进行了验证。该方法对数字阵列SAR雷达成像优化具有一定意义。

非均匀子带划分的宽带数字阵通道均衡算法

针对通道严重失配情况下,(加权)最小二乘法的频域均衡性能恶化和均匀子带分解的频域均衡占用过多硬件资源的问题,提出一种根据均衡滤波器的幅频特性非均匀划分频带实现均衡的方法。首先,根据幅度改善因子的大小来调整幅度划分的区间;然后,合并频点数小于滤波器阶数的相邻幅度区间,并求出对应的频带;最后,在非均匀划分的频带上实现信号的滤波补偿、合成。仿真结果表明,在通道严重失配情况下,相比均匀子带划分频域均衡方法,所提方法在幅度和相位改善因子上分别提高了8.68 dB和8.58 dB,在滤波器组数和阶数上分别降低了6组和8阶,可以提高子带频域均衡算法的硬件可实现性,改善宽带数字阵列雷达中脉冲压缩和数字波束形成的性能,增强雷达探测能力。

宽带数字阵列可变延时补偿的FPGA模型化设计

在宽带雷达系统中,阵列对宽带信号进行时域波束形成时,必须引入真实时延补偿。传统模拟延迟器件成本高、体积大且精度有限,而数字延时补偿可低成本地实现连续可变的高精度时延补偿,具有较强的工程应用价值。由于宽带信号高数据率的特点,基于FPGA的数字延时补偿比DSP具有更大的实时性优势和成本优势,论文使用Xilinx公司的System Generator工具对系统进行模型化设计,通过Farrow可变分数延时滤波器和CORDIC算法等方法,在单片FPGA中实现连续可变延时补偿的功能,完成宽带数字阵列波束形成的预处理。

基于宽带时空Radon-Fourier变换的高速微弱目标检测方法

宽带数字阵列雷达(DAR)中跨距离单元走动(ARU)、匹配滤波器失配以及孔径渡越问题降低了高速微弱目标的检测性能。为此,该文给出一种宽带时空Radon-Fourier变换(WST-RFT)相参积累方法。该方法基于DAR 3维回波模型给出了宽带匹配滤波器系统响应函数,并通过联合搜索目标3维参数空间,同时解决ARU、匹配滤波器失配和孔径渡越问题。给出了基于WST-RFT检测器的最优性证明。针对WST-RFT 3维参数空间遍历搜索运算量大的问题,该文进一步给出了基于Chirp-Z变换(CZT)的WST-RFT快速算法。最后,数值实验结果验证了该文所提方法的有效性。

基于Farrow滤波器的宽带数字波束形成技术研究及实现

为获得更高的分辨率,以满足目标识别或精确定位的需要,雷达往往采用宽带信号。对于宽带数字阵列雷达,相同的时延不同的频率会带来相移的不同,窄带波束形成通过相位补偿达到补偿时延的方法会导致宽带波束方向图畸变。为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入分数时延滤波器。并给出了一种基于Farrow滤波器的宽带数字波束形成系统设计方法。

参数化宽带数字波束形成器的设计与实现

本文针对宽带数字阵列雷达由于孔径渡越时间产生的波束指向偏差、波束畸变等问题,提出了一种参数化宽带数字波束形成器的设计与实现方法。考虑不同天线阵列规模,基于分布式数字控制技术,采用初级、次级和末级三级波束形成方式实现发射阵面大时宽高带宽波形产生与控制以及接收阵面宽带数字波束形成。对运算过程中的位宽选择进行合理的分配,保证了波束形成结果的动态和精度。工程实现结果表明,补时延和相位后的宽带数字波束形成器的波束指向和副瓣电平等指标与设计相符,并且系统具有参数可重配,可动态扩展的特点。

一种宽带阵列幅相与互耦误差联合校正算法

宽带数字阵列雷达接收通道中存在随频率变化的幅相误差和互耦误差,会严重影响雷达性能。针对这一问题,提出了一种宽带数字阵列幅相与互耦误差联合校正算法。首先选取通带内多个离散频点,对于每个频点,将幅相误差和互耦误差作为一个整体,采用基于子空间原理的窄带校正算法估计其阵列失真参数,并计算校正矩阵;然后将其组合起来,构成频域离散校正矩阵;最后基于最小二乘准则,设计了宽带有限长脉冲响应(FIR)校正滤波器矩阵。利用该矩阵,可实现通带范围内任意带宽入射信号的校正。计算机仿真实验验证了该算法的有效性。对实测数据的处理结果表明该算法在宽带数字阵列雷达系统中具有实用价值。

基于Farrow结构的分数时延滤波器

在宽带数字阵列雷达的波束形成中,传统的窄带移相方法存在主瓣展宽和扫描不准的情况,为此现阶段多采用实延时(TTD)补偿单元来代替移相器。模拟时延补偿存在诸多缺点,为实现宽带数字阵列各阵元传输时延的精确补偿,引入声纳学中广泛使用的Farrow结构来实现时延滤波器;为降低FPGA资源消耗,引入滤波器的系数求取优化方法;为提高速度,提出了Farrow结构的优化方法。仿真以及实际运行结果都表明了该方法的有效性,与传统移相方法相比,更适用于数字阵列雷达T/R组件。

基于加权最大值波束合成的静止人体检测与定位方法

针对单通道超宽带雷达不具备横向分辨率,存在信息模糊,不适用于多个静止人体检测等问题,提出了一种基于加权最大值波束合成的静止人体检测与定位方法。该方法利用超宽带阵列雷达在角度分割扫描的基础上,取所有通道回波信号中对应呼吸幅度范围内取值的最大值进行波束合成实现场景目标成像,通过对比判决所有角度对应的距离向最大像素值,确定可能存在目标的扫描角度,将该角度波束合成的距离-慢时间矩阵在人体呼吸频率段内的能量值作为加权因子,实现人体与静止物体的区分。实测数据处理结果表明,该方法能够充分利用回波信号能量,增强信噪比,实现多个静止人体的检测和定位。