宽带Radon-Fourier变换及基于CZT快速实现方法研究

宽带脉冲体制雷达中,脉冲尺度伸缩效应(PSE)和目标跨距离单元走动(ARU)问题会降低脉冲相参积累性能,进而降低微弱目标检测能力。为了解决PSE和ARU问题,文中给出一种宽带Radon-Fourier变换(WRFT)及其快速实现方法。首先设计了宽带匹配滤波器,然后通过联合搜索速度与距离参数空间,同时进行脉间相位补偿、宽带匹配滤波以及跨距离单元走动补偿,进而实现长时间脉冲相参积累。针对WRFT中参数空间遍历搜索带来大运算量问题,进一步给出了基于Chirp-Z变换(CZT)的快速实现方法。最后,数值实验验证了该方法的有效性。

二阶Radon-Fourier变换与遗传算法结合的快速相参积累算法

针对匀加速运动的高速目标,可以用二阶Radon-Fourier变换(Second-order Radon-Fourier Transform,SRFT)完成对回波信号的相参积累。SRFT算法的原理是通过“速度-加速度”联合搜索来实现目标的运动参数估计,其计算量较大,不满足实时检测的需求。针对这个问题,提出一种基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的快速实现方法。首先对运动参数集进行编码,设置初始群体;然后通过遗传算法对群体更新迭代,使其能够自发快速地逼近全局最优解,减少不必要的搜索路径;最终快速实现待检测目标的相参积累。仿真结果表明,在保证检测性能的前提下,算法计算量得到有效改善,运算次数减少大约一个量级。

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。

基于超宽带雷达回波短时傅里叶变换的土壤含水率检测

土壤体积含水率监测对提高农业生产效率和制定合理土壤管理措施具有重要意义。超宽带雷达由于其高距离分辨率、强穿透能力在农业土壤动态信息实时监测中得到广泛应用。但以往对超宽带雷达信号的处理主要关注时域特征,忽略了同样具有丰富信息的频域特征,使得回波信号在土壤体积含水率反演过程中无法得到充分利用,限制了土壤体积含水率的反演精度。本文基于超宽带雷达获取的土壤回波信号,对其进行预处理并提取与土壤体积含水率有关的回波信号,对该信号采用短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,STFT),分析与土壤体积含水率有关的回波信号随时序变化的时频谱特征,进而结合卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)建立土壤体积含水率分级以及回归预测模型。实验结果表明,基于添加高斯白噪声后的数据,对于土壤体积含水率的分级,将时频特征和CNN模型相结合时,分级总体精度和Kappa系数分别为98.69%和0.9849,相较于10个时域特征与植被指数NDVI(Normalized difference vegetation index)建立的支持向量机模型(Support vector machine,SVM),分级总体精度提升21.78个百分点,Kappa系数提高0.2515。对于土壤体积含水率的回归预测,将时频特征和CNNR(Convolutional neural network regression)模型相结合时,预测结果与真实值之间的决定系数(R^(2))为0.9872,均方根误差(RMSE)为0.0048 cm^(3)/cm^(3),相对分析误差(RPD)为6.2738,相较于10个时域特征结合植被指数NDVI建立的CNNR模型,R^(2)提升0.2316,RMSE降低1.3377 cm^(3)/cm^(3),RPD提高4.2714。综上,在土壤体积含水率分级和回归预测方面,本文所提方法较传统信号检测处理方法具有明显优势。

基于Radon变换的宽带信号多域参数同时测量方法

实际电子监测设备的作战环境复杂多变,辐射源个数、工作频率、工作带宽、到达角度等多域参数信息对于实现工作场景的实时精确感知至关重要。提出一种基于Radon变换的宽带信号多域参数同时测量方法,实现多个宽带信号多域重点工作参数的同时快速测量,大大提升低信噪比条件下监测目标特性的多维实时感知能力。该方法结合数字信道化结构及二重FFT算法实现全侦收频段及全侦收角度的空时域联合功率聚焦,并生成作战场景的空时二维频谱幅度图,利用Radon变换算法实现不同映射角度的线性积分运算,构建合适的检测门限,推导计算全场景多目标多参数测量结果。实验显示,该方法可以有效提升弱信号的参数测量精度,实现多目标多域参数同时测量。

基于随机脉冲重复间隔Radon-Fourier变换的相参积累

针对远程隐身目标微弱回波的低信噪比检测和多普勒模糊下的参数测量问题,该文采用随机脉冲重复间隔Radon-Fourier变换(RPRI-RFT)实现回波脉冲的长时间相参积累和盲速旁瓣(BSSL)抑制。通过分析PRI随机抖动量与多普勒模糊旁瓣均值、随机调制噪声谱方差的定量关系,表明增加积累脉冲数量可以降低调制噪声的影响,并针对脉冲数增加导致的回波跨距离单元的问题,提出RPRI-RFT实现回波脉冲的有效相参积累。理论分析和仿真结果表明,RPRI-RFT能够降低随机调制噪声,同时可以抑制盲速旁瓣,从而有效提高低重复频率雷达对远程、微弱高速多目标的检测和测量能力。

频域切变Radon-Fourier变换算法及其对微弱目标的检测

针对Radon-Fourier变换(RFT)在进行高速微弱目标检测过程中运算量大和实时处理问题,提出频域切变RFT(FSRFT)算法,其在不失积累增益和检测性能的情况下,简化处理过程并降低运算量,且所提方法适合于雷达跟踪过程中的滑窗处理和并行运算。仿真实验结果表明,理想情况下,FSRFT方法的相参积累检测性能接近理论值,并行处理运算量较现有快速方法降低一个数量级。

基于分子群改进海象优化算法的矢量水听器宽带信号DOA估计

针对矢量水听器阵列宽带信号波达方向(DOA)估计中存在误差大,求解精度不高等问题,提出一种将分子群改进的海象优化算法(MGIWaOA)与极大似然(ML)估计算法相结合的宽带信号估计方法。首先利用信号子空间变换算法构建聚焦矩阵,将宽带信号转换为窄带信号,然后建立基于ML的DOA估计模型,再通过MGIWaOA进行优化估计。仿真结果表明,该算法比海象优化算法、正弦余弦算法、麻雀优化算法、差分进化算法、遗传算法、粒子群算法的ML估计方法具有更快的收敛速度、更低的均方根误差和更稳健的性能。

一种基于半集总π型阻抗变换器的改进型宽带Doherty

为了解决传统宽带Doherty放大器主辅功放管子的非理想连接及其在高频性能恶化的问题,提出了基于半集总π型阻抗变换器的改进型Doherty合成方案。分析并给出设计参数的计算公式,仿真结果表明:1.4 GHz~2.6 GHz的宽带Doherty放大器,相对带宽达60%,峰值输出功率44.8 dBm,输出功率回退6 dB漏极效率44%-49%,增益大于11 dB,带内起伏0.6 dB,三阶互调优于-18.5 dBc。结果证明可明显提高宽带Doherty的带宽及其工作频率,在未来有重要工程应用价值。

宽带噪声激励下分数阶黏弹性碰撞系统的稳定性分析和随机分岔

研究基于分数阶黏弹性材料构造的Van der pol减振系统在外部宽带噪声激励下的随机稳定性和随机分岔行为.考虑约束条件的影响,引入非平滑Zhuravlev变换,将碰撞系统转化为无碰撞的动力学系统.利用一组拟周期函数近似替换分数阶微分,通过随机平均法得到系统的It8随机微分方程,根据最大Lyapunov指数法和奇异边界理论分类讨论系统的随机稳定性,利用拟Hamilton系统随机平均法分析系统在线性It8方程下的随机分岔行为,得到D-分岔的临界条件,进一步求出与系统幅值相关的稳态概率密度函数.使用MATLAB绘制稳态概率密度曲线,直观展现系统发生的稳态变化.结果表明,当分数阶阶次和噪声强度在一定阈值内变化时,可诱导系统产生P-分岔行为.

超宽带高效率大功率放大器技术研究

宽带功率放大器是宽带通信、电子对抗以及雷达系统中核心、通用和高附加值部件。随着通信系统需求的不断提升,对于带宽更宽、效率更高、功率更大的功率放大器的需求已经迫在眉睫。基于氮化镓(gallium nitride,GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)设计了一款工作频率在0.46~3.9 GHz的超宽带功率放大器。首先对输入匹配进行优化设计,实现全频带内绝对稳定以及高增益放大;其次通过对目标频带内不同频点进行多次负载牵引设计,提取出高功率、高效率输出匹配阻抗空间,并应用4段切比雪夫阻抗变换器作为输出匹配拓扑,实现宽频带内的高效率和高功率输出。测试结果表明:在0.46~3.9 GHz的工作频带内,输出功率Pout>13.8 dBm,最高输出功率为24.1 W;全频带漏极效率(drain efficiency,DE)DE>50.1%,最高漏极效率为67.2%。仿真与实测结果吻合,为设计目前所需超宽带功率放大器提供了思路。

宽带同轴径向合成器的研制

基于同轴传输线的功率合成理论和波导同轴变换,研制了一款6路径向合成器,输入端采用N型连接器,输出端采用双脊波导形式。利用高频电磁场仿真软件CST对模型进行了优化仿真,并对加工完成的径向合成器实物进行了小信号测试和大功率试验。测试结果显示,在4 GHz~8 GHz频带范围内,合成损耗小于0.36 dB,回波损耗小于-10 dB,峰值功率耐受高于5 kW。该径向合成器具有宽带、低插损、幅相一致性高、高功率耐受的特点,在宽带大功率合成领域具有广阔的工程应用价值。

VMD与MUSIC相结合的超宽带雷达呼吸与心跳检测系统

超宽带雷达是一种重要的生命探测遥感工具,文中利用超宽带雷达穿透能力强、分辨率高等优点,可以得到人体的生命体征信息,处理雷达回波信号可以得到呼吸心跳信息,实现对生命信号的非接触式监测。文中针对回波信号易受环境噪声影响、心跳信号微弱且易受呼吸谐波影响的问题,构造了生命体征模型模拟人体呼吸与心跳频率,提出了一种基于变分模态分解(VMD)与多重分类算法(MUSIC)相结合的方法。使用PulsON440超宽带雷达在1 m距离处进行了实验,与传统的快速傅里叶变换、奇异值分解相比,该方法提取的呼吸和心跳信号更加准确。在不同距离和遮蔽条件下验证了该方法的适用性。结果表明提出的基于MUSIC和VMD相结合的方法能够有效地从大呼吸信号中分离出小心跳信号,准确地检测出呼吸和心跳频率。

一种宽带多波束的辐射源参数检测技术

对宽带阵列接收的辐射源信号的参数测量技术进行了研究。针对宽带高增益系统中数字多波束形成、同时多信号处理和高灵敏度测量等要求,对每个接收通道进行短时快速傅里叶变换(FFT)处理,再对每个FFT频点进行数字波束形成,在频域和波束维度对信号进行存在搜索,将搜索后的信号二维信息(频率和波束)分别送入多个小盒进行关联,对关联后的频点进行通道数字下变频(DDC)处理和脉冲描述字(PDW)参数精测量,从而形成辐射源信号的测量结果。通过计算机仿真和实物测试,验证了整个信号处理流程的正确性。

采用Radon模糊变换的宽带雷达多目标检测方法

针对多目标包络走动率不一致的问题,提出一种采用Radon模糊变换的宽带雷达多目标检测方法(RAT-CFAR).该方法根据距离频域单元信号模糊函数的带状分布性质,对模糊变换后的带状域做Radon变换以实现信号能量的非相干积累,然后利用单元平均恒虚警进行目标的检测,通过Radon积分的峰值对应的角度获得目标加速度的估计.与包络对齐相干积累检测目标方法相比,RAT-CFAR方法在信噪比为5 dB以上时可以检测多个目标.仿真结果表明,RAT-CFAR方法的加速度的分辨率可以达到0.5 m/s2.

基于keystone变换的宽带雷达精确测速

宽带雷达利用脉冲串测速时,高速运动目标在脉冲串内通常移动超过多个距离分辨单元,无法通过脉冲串内直接相参处理获取速度信息。针对宽带脉冲多普勒雷达测速的特点,提出了一种基于Keystone(楔石)变换的测速方法,能有效解决目标越距离单元走动和多普勒谱展宽,并根据该方法的特点,提出一种基于Keystone变换的解速度模糊的方法,仿真证明该测速方法能达到很高的测速精度,有很高的应用价值。

基于聚焦变换的宽带信号方位稳健估计

提出了一种基于聚焦变换稳健的宽带信号方位估计算法,FTMV方法(Focusing Transform Based Minimum Variance Method)。该算法利用聚焦变换的思想将宽带阵列信号协方差矩阵聚焦到一个窄带上进行处理,实现了信号的方位积累。实验数据处理结果显示FTMV方法有效消除了阵列机动引入的目标方位估计误差,同时相对窄带MV方法(Minimum Variance Method)具有更短的响应时间、更小的计算复杂度、更好的鲁棒性能。

超宽带雷达中基于小波变换的时延估计方法

在分析时延估计方法及存在的问题的基础上 ,为提高时延估计的准确性和算法速度 ,通过小波的分解与重构算法在不同的分辨率级别上进行时延估计 ,得出了超宽带线性调频雷达中基于小波多分辨方法的时延估计新算法。由于这种算法对于信号及噪声的特性并未提出要求 ,因而适合于超宽带雷达中的时延估计。

子波变换在超宽带雷达中的应用

介绍了连续子波变换的定义和性质：基于子波变换在时域和频域的良好局部化性质；研究其在宽带信号的相关处理和超宽带雷达目标特征提取两个方面的应用，理论分析和试验结果表明，在超宽带雷达信号处理中，宽带相关处理相当于时间尺度域的匹配滤波，采用连续子波变换从频域采样数据中提取目标散射中心是一种较为鲁棒的方法。

宽带目标回波模型的物理解释及小波变换表示

在点目标回波模型基础上,通过对理想运动体目标的分析,引入了距离-速度联合分布密度和时延-时间伸缩联合分布密度函数的概念,详细推导了延展目标的宽带回波模型,解释了各密度函数和宽带扩展函数的物理意义及相互关系,最后给出了宽带回波模型的小波变换表示方法.