基于固定与对数频偏的频率分集阵列雷达波束特性研究

常规频率分集阵列(FDA)雷达相较于传统相位控制阵列雷达具备独特的距离-角度均相关的波束特性,近年来多种不同形式的FDA雷达得到了广泛关注与深入研究,文中对基于固定频偏和对数频偏的FDA雷达波束特性进行了较为详细的分析,利用MATLAB对两种形式的FDA雷达波束特性进行了仿真与比较。结果表明,通过改变阵元间的频偏形式、频偏量大小等,能有针对性地形成满足雷达不同探测需求的FDA雷达波束特性,能适应多变的探测环境和抑制干扰、提高目标探测能力。

基于非线性增长频偏的频率分集阵列雷达波束仿真与分析

频率分集阵列(frequency diverse array,FDA)雷达具有距离与角度相耦合的波束特性,在与距离相关的干扰抑制或与距离相关的目标定位等一些运用上会受限。为消除这种耦合特性,出于实用性一般采用均匀线性阵列与非线性增长频偏。研究并比较了几种典型的非线性增长频偏形式,对这几种非线性增长频偏形式下的FDA雷达波束特性进行仿真,并分析比较各种频偏形式下FDA雷达关于距离和角度的波束宽度以及副瓣情况。研究表明,需结合实际运用需求和各种频偏形式的特点确定FDA雷达的最优频偏形式,以实现最佳波束运用效用。

频率分集阵列负型模糊函数特性仿真

现有研究主要是关于频率分集阵列(FDA)基于阵元发射窄带条件下单载频信号的假设而展开的,缺乏对线性调频(LFM)信号是否适用于FDA问题的研究。考虑到基于模糊函数的优化是雷达波形设计的重要手段,在建立FDA数据模型的基础上,建立线阵发射、单天线接收模型下的FDA负型模糊函数,系统分析其主要特性。在此基础上,仿真分析了基于矩形脉冲、线性调频信号以及采用不同非线性频控函数的FDA负型模糊函数特性,对比了采用不同非线性频控函数的FDA的目标距离-角度二维联合估计性能。仿真结果在验证FDA模糊函数建立正确性的同时,得出采用正弦频控函数的FDA性能最优的结论。从而为基于模糊函数的复杂信号FDA波形设计以及基于FDA方向图解耦技术的发射波形设计奠定了重要基础。

对数频偏FDA方向图解耦优化

针对对数频偏频率分集阵列(frequency diverse array,FDA)中存在的频率偏移量取值固定、主瓣扫描精度较低的问题,并行地提出两种对数频偏频率分集阵列方向图解耦的优化方法。首先,将均匀线性阵列替换为采用正弦频偏增量的交叉子阵结构,在此基础上将频偏增量选择问题转化为二维空间的最优化问题,通过改进的粒子群算法解算最优频偏增量实现方向图解耦优化。此外,将通信中的格雷码编码方式应用于FDA阵列的频偏编码中,提出基于发射端格雷码频偏编码方式的发射方向图解耦方法。最后,仿真验证了两种优化方法的有效性。

基于卡方分布的频率分集阵列解耦波束形成

本文改进了传统的频率分集阵列(Frequency Diverse Array,FDA)发射模型,新模型基于蒙特卡洛模拟思想,通过卡方分布调制产生阵列的频偏,成功实现了频率分集阵列发射波束的解耦,接下来通过构造频率项为卡方分布并反解得到了时间调制的频偏,成功实现方向图的时不变特性,波束的距离维主瓣宽度也控制在1km以内。对比其他的解耦算法,本算法在解耦性能以及定位精确度上有了很大提升。后续的仿真也验证了方法的有效性和准确性。

子阵结构FDA阵列模糊函数建模与研究

基于模糊函数的优化是频率分集阵列FDA雷达波形设计的重要手段,针对现有文献中缺乏对子阵结构频率分集阵列模糊函数研究的问题展开分析。首先建立了窄带条件下发射简单脉冲的FDA阵列数据模型,对比了FDA阵列与相控阵的方向图特性;在此基础上,基于信号经匹配滤波器输出的时域卷积出发推导出FDA阵列在三种接收信号处理机制下的复型模糊函数;然后,对采用不同频控函数的交叉子阵FDA阵列的发射方向图特性、模糊函数特性分别展开分析,并用仿真验证了采用正弦频控函数的FDA阵列具有较好的干扰抑制性能的结论,从而为后续基于子阵FDA阵列的模糊函数设计雷达波形以实现干扰抑制的一系列研究奠定了重要基础。

非线性频偏FDA对测向系统的欺骗研究

与相控阵仅具有角度相关性的波束指向不同,频率分集阵列FDA通过在阵元间引入频偏的方式实现了具有更高自由度的电扫描波束。雷达方向侦查中,基于相位法测向的干涉仪通过比相器可以得出辐射信号到达接收机的相位、确定PA辐射信号到达角,威胁雷达安全。针对这一问题,基于FDA波束的“弯曲”特性研究了对敌方雷达方向侦查过程实现测向欺骗的可能。在通过非线性频控函数设计实现FDA波束图距离-角度解耦的基础上,仿真验证了远场条件下log-FDA、sin-FDA可对干涉仪测向产生欺骗,证明FDA对干涉仪测向的影响随着频偏增量Δf和阵元间距d增大而增强,且log-FDA始终比sin-FDA的性能更好。

基于FDA雷达的近场波束形成及改进

针对频率分集阵列(FDA)雷达近场波束成形问题进行研究,通过分析频率分集阵列雷达近场方向图及距离损耗补偿因子,建立单基地收发阵列模型,推导距离损耗的补偿权值,提出了2种非线性频偏以改进能量聚焦的性能。此外为了使波束方向图形成的效果更好,提出了2种非线性的频偏,使之更接近于一个点状波束图,以提高能量聚焦精度。仿真结果表明,所提方法能提高距离聚焦分辨率,使聚焦能量达到更好的分辨率,并减少能量浪费。

FDA对测向时差组合定位的欺骗研究

针对雷达电子战中,敌方无源探测雷达通过接收干扰机信号实现测向定位,威胁我方干扰机安全的问题,提出一种基于频率分集阵列(FDA)的测向时差组合定位欺骗技术。首先在建立FDA阵列模型的基础上,通过欧拉公式得到采用非线性频控函数的FDA阵列因子及相位方向图;之后推导了FDA阵列作用于干涉仪测得的信号到达角β;之后,以虚拟干扰机位置与真实位置的欧氏距离D为评价指标,分析欺骗效果。仿真结果表明,阵列载频位于L、S波段的欺骗效果优于X波段。在一定参数范围内,D值随着阵列阵元总数、阵列载频的增加而增大。远场条件下,采用正弦及对数频控函数的FDA阵列在消除方向图耦合的同时,其定位欺骗的D值取值在6~10 km之间。

脉冲压缩雷达信号的FDA特性研究

考虑到现有关于频率分集阵列(FDA)的文献中大多只基于窄带条件下的简单脉冲假设,较少有对其他脉冲压缩信号的分析。该文在建立FDA数据模型的基础上,推导了FDA收发共型线阵不同接收信号处理机制对应的负型模糊函数。之后,在全波段相干处理FDA雷达结构的基础上对矩形脉冲、线性调频(LFM)、相干脉冲串以及相位编码信号的模糊函数特性分别展开仿真分析。验证了上述几种典型的脉冲压缩雷达信号对该结构的适应性,为后续基于模糊函数优化的FDA雷达发射波形设计及电抗特性研究奠定了基础。

FDA-MIMO雷达主瓣欺骗干扰对抗方法

频率分集阵列多输入多输出(FDA-MIMO)雷达发射阵列中各阵元的载频相对于起始阵元存在频率偏移。基于频率分集阵列联合波束图存在的角度-距离二维相关性,结合空间自适应波束形成技术可用来抑制主瓣欺骗干扰。针对FDA-MIMO雷达波束形成抑制主瓣欺骗干扰时存在的距离周期性问题,提出了一种采用对数频率偏移来消除距离周期性的方法。该方法用对数频率偏移代替常用的线性频率偏移,克服了FDA-MIMO雷达联合波束图的距离周期性,取得了更好的抗干扰效果。仿真结果验证了该方法的有效性。

基于双程方向图的FDA干扰性能分析

针对文献中基于FDA双程图的干扰抑制研究较少的现状,在文献中采用MVDR波束形成器计算最优权矢量方法的基础上展开了进一步的分析。现有文献中关于FDA阵列的研究主要包括基于子阵结构划分的分析;基于非线性频偏增量的分析;基于FDA-MIMO结构的分析以及基于波束形成算法的分析。从4个方面对基于FDA阵列双程图的干扰抑制特性展开分析。仿真验证了在有效修正失配导向矢量的同时,在干扰与目标位置接近的情况下,能够实现对目标位置处增益的保持和干扰位置处的有效置零。