相位编码波形在航天器黑障段应用研究

针对雷达常规线性调频(LFM)信号对强鞘套环境下再入航天器跟踪性能较差的问题,研究了相位编码波形对再入航天器的跟踪测量方法。相较LFM信号,相位编码信号的模糊函数为图钉状,距离和多普勒分辨率高,不存在距离-多普勒耦合效应。利用鞘套与目标本体空间位置相同而速度不同的特点,当鞘套信号较弱、本体信号较强时,可以在目标本体多普勒滤波器中检测到目标,实现目标在空间和多普勒域的精确定位;当鞘套信号强于本体目标信号甚至淹没本体信号时,可以在鞘套的多普勒滤波器中选择信号较强的通道,借助鞘套实现目标本体的精确定位,从而完成对目标的跟踪测量。相位编码信号可为常规LFM信号探测等离子鞘套目标提供有力补充,改善对高速再入航天器的跟踪测量效果。

改进部队算法的MIMO雷达正交相位编码信号设计

针对MIMO雷达在实际应用中难以发射并采集较为精准的正交信号的问题,提出一种基于改进部队算法的MIMO雷达正交信号的编码设计策略。通过在探索寻优和开发寻优的过程中加入状态转移算子,增加不同方式的邻域寻优策略,平衡算法的全局探索力和局部开发能力。为避免算法出现早熟收敛的问题,在算法迭代后期,加入一种基于个体信息的交叉变异策略,帮助算法跳出局部最优。为提高算法的收敛速度且在迭代过程中始终保持较高的种群多样性,通过基于个体信息的过渡寻优策略代替原有的过渡过程。将改进后的部队算法生成MIMO雷达准正交化信号,可得到更为精确的准正交编码信号集,所得的自相关旁瓣峰值与互相关峰值更低。

一种基于相位编码的水声定位信标

对于水声定位系统来说,发射信标特性是影响其性能的最重要因素之一。因此,对信标体制进行深入研究,并设计更加合理的信标体制十分重要。目前常用的信标体制主要依靠各种调频信号与单频信号的组合,甚至只依靠单频信号的频率来完成多目标定位,具有可定位目标数目少、定位精度低、硬件结构复杂等问题。为了克服以上问题,论文从信标体制入手,提出了一种基于相位编码的全新的水声定位信标。经仿真验证,与目前常用的信标体制相比,该信标体制具有更高的测量精度和多目标分辨能力,并可显著简化系统硬件复杂度。

用于高速目标检测的相位编码信号处理方法和性能研究

波形选择是雷达系统设计的重要内容,在数字信号处理理论和计算平台的支持下,波形的处理转换为计算的问题,后端处理计算能力的提升极大地拓展了波形的应用场景。相位编码信号具有多普勒敏感特点,为实现匹配滤波,必须对目标可能出现的速度进行补偿,处理过程复杂,在多数雷达系统中应用场景有限。本文提出了相位解调+傅里叶变换构建滤波器组的方法完成相位编码信号的速度补偿,在单个脉冲内实现同时测距测速,针对空间目标的特点,分析了速度、加速度对波形参数的限制,仿真给出了目标遮蔽、处理损耗、测速精度的结果。

一种多载波相位编码波形的运动补偿方法

多载波相位编码雷达信号波形,在频域上包含多个子载波,在时域上采用分段编码,能够有效降低接收机的循环自相关特性,提高雷达发射信号被敌方侦收机截获和解析的难度,具有良好的抗欺骗干扰与低截获性能。但多载波相位编码波形具有多普勒敏感性,在高速运动平台上应用时,运动会导致信号脉冲压缩后主副瓣比降低,造成脉冲压缩与相参积累损失。对此,文中提出了一种多普勒前置补偿技术,在多载波相位编码波形产生阶段,利用运动平台速度对该波形的每个子载波进行精细的多普勒预置补偿,有效降低了该波形的多普勒敏感性,同时该方法具有便于工程实现的特点。仿真结果表明,该方法在高速平台应用条件下能够有效地抑制脉冲压缩旁瓣,降低脉冲压缩和相参积累损失。

基于恒模复值神经网络的正交相位编码集设计

文中研究了广泛应用于多输入多输出雷达系统中的正交相位编码集的设计问题,提出了一种基于复值神经网络的正交相位编码集设计方法。该方法将编码集设计视为非线性系统构建问题,通过最小化反映了编码集自相关和互相关性质的损失函数,在常模约束条件下对网络误差进行后向传播,从而通过网络训练获得具有良好相关性的正交相位编码集。通过与现有先进算法进行不同条件下的仿真对比,文中方法设计得到的正交相位编码集具有更好的相关特性,充分验证了本文所提方法的先进性。

相位编码多次波逆时偏移成像

随着勘探地质体复杂度日益增大,反射波成像面临诸多挑战,作为有潜力提升成像精度的重要补充或替代手段的多次波成像愈发受到重视.然而,串扰噪声的产生阻碍了多次波成像的实际应用.近年来,作为压制串扰噪声的有效技术之一,可控阶多次波成像取得了较大研究进展,但因其需重复计算各阶多次波成像结果,计算成本昂贵.为此,本文引入随机相位编码技术,并与多次波分阶思想结合,提出相位编码多次波逆时偏移方法:首先,对各阶多次波进行随机相位编码(含随机时间延迟与极性反转);其次,叠加编码后的各阶多次波,产生多次波超道集;最后,以编码后0至(N-1)阶多次波组成的超道集为虚拟震源进行正向延拓,同时反传编码后1至N阶多次波所组成的超道集,并进行互相关,得到各阶多次波联合成像结果.本文所提方法能够同步使用各阶多次波,实现各阶多次波联合成像,避免各阶多次波单独进行成像,从而成倍提升计算效率.本文用两套模拟数据与一套实际数据算例对所提方法进行了测试,成像结果验证了该方法的可行性、有效性与应用前景.

面向高轨目标监视的脉内步进频-循环相位编码信号及其模糊函数分析

该文针对高轨空间目标监视问题,研究分布式相参雷达体制的波形设计问题,其核心目标是需要在确保波形良好正交性的前提下兼顾信号的大时宽带宽。该文提出一种引入循环码概念的脉内步进频与相位编码复合调制的波形,首先给出了脉内步进频-相位编码信号的时域表达式,然后推导出其模糊函数和自相关主峰幅度,其次引入循环码概念与设计,最后将脉内步进频-循环相位编码信号与其他信号进行了对比。仿真结果表明,与单调制信号和脉间调制信号相比,脉内步进频-循环相位编码信号具有更好的正交性,同时保证了信号的大带宽,为后续全相参雷达波形设计研究工作提供了较好的理论支撑。

基于粒子群优化算法的相位编码雷达干扰波形优化

间歇采样转发干扰是一种针对相位编码雷达的有效干扰方法,但存在假目标分布滞后的不足,文中在对间歇采样转发干扰研究的基础上,从波形优化角度出发,提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的间歇采样转发干扰优化方法。通过对间歇采样脉冲进行相位序列调制的方式,改变干扰信号脉压后的假目标统计特性,然后利用PSO算法对相位调制序列进行优化求解,形成近似压制性效果。结合仿真实验,围绕不同参数条件下的干扰效果进行了对比,验证了该方法的有效性。

低信噪比下相位编码信号识别技术

为解决低信噪比情况下相位编码信号识别率低的问题,给出了一种基于两级信道化结构和小波变换的调相信号检测方法。采用两级信道化结构进行信号处理提高增益。使用信道化后子信道内的零中频数据进行小波变换,避免了使用小波变换模值检测相位跳变时的小波尺度盲区。仿真结果表明,该方法提高了信号检测的灵敏度,实现了低信噪比环境下相位编码信号的正确检测。

基于相位编码信号的多目标参数测量方法

多目标的高精度参数测量是跟踪雷达的一个难点。由于线性调频信号存在距离-多普勒耦合,在多目标跟踪时需要对每个目标速度进行补偿,而多个目标的速度补偿存在难以匹配的问题。本文提出了一种基于legendre序列的相位编码信号处理方法,可同时实现对多目标的距离和速度测量。该方法利用距离开窗的有限长度在时域进行搜索,相对于传统的频域搜索,实现简单、便于并行处理,且能够提高速度的测量精度。仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。

对低截获概率相位编码信号检测的有限多循环检测器

文中提出了对低截获概率相位编码信号检测的有限多循环检测器 ,该检测器较易实现 ,且充分利用信号多处主要循环频率的特性 ,提高检测性能 ;针对噪声功率固定和随机变化情况 ,给出了相应的检测器表达式 ;还对有限多循环检测器的偏差作了分析 ,并与其它检测器的偏差进行了比较 ;通过仿真实验对检测器性能进行了评估 .

一种相位编码序列恢复方法

文章首先给出了无模糊相位重构算法，在此基础上研究了不同调制样式信号相位差分的不同特性。结果显示：相位差分序列不仅能反映出信号的调制特性，对相位编码信号而言其还包含了相位编码序列信息。文章根据研究得到的基于相位差分序列的相位编码序列恢复算法进行仿真试验，得到了较好的结果，说明了所给算法的有效性。

对相位编码雷达假目标干扰方法研究

研究了对相位编码雷达假目标干扰的方法,分析了相位编码雷达的信号特征,以13位巴克码相位编码雷达为例,对前沿复制干扰、间歇采样干扰、码元截取干扰产生的假目标进行了仿真分析。仿真结果表明前沿复制干扰、间歇采样干扰、码元截取干扰能够产生预期的假目标,具有较好的干扰效果。

频域二元纯相位编码压缩成像

超分辨率被认为是光学成像和图像处理的"圣杯"之一.压缩感知理论的引入给出一种新的实现从单幅低分辨率图像的超分辨率重构方法,避免了传统超分辨率方法需要多幅亚像素图像的弊端.在分析压缩感知测量矩阵与光学成像系统之间对应约束异同的基础上,提出一种基于4-f光学架构的频域二元相位编码压缩成像方法,可以实现在单次曝光条件下获得的单幅低分辨率测量图像中实现超分辨率重建,不需要其他任何额外的信息采集.二元相位掩膜比均匀相位掩膜更容易物理实现,是压缩成像物理实现的一种更加可行的方案.模拟实验表明提出的方法可以有效地捕获图像的信息与高精度重建.此外,对于大尺度图像重建,该方法在重建时间方面优于Romberg提出的随机解调方法,在更符合实际方面的采样策略方面优于Yin提出的RecPC方法.

低信噪比下基带相位编码信号的脉内特征分析

针对基带相位编码信号相位抗噪能力弱的特点,通过提高相位的直流分量和计算相位的高阶差分,成功地提取到信号的突变信息。为了能在更低的信噪比下恢复出相位编码规律,还对原始相位进行了修正。理论分析了算法的实现过程,并进行了仿真试验。仿真结果表明,新算法在较低的信噪比下可以实现基带相位编码信号的脉内特征分析。

相位编码脉冲压缩方法在空气耦合超声检测信号处理中的应用

由于声波在空气介质中的衰减及气固界面巨大声阻抗差导致空气耦合超声透射信号信噪比差,大大影响检测结果的可靠性及缺陷定量精度。针对上述问题,基于雷达系统相位编码脉冲压缩技术的基本原理讨论匹配滤波器的设计及其在空气耦合超声检测中的实现,分析不同巴克码信号、带宽及载波周期数对脉冲压缩效果的影响,并以玻璃纤维复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)试样为对象,对比用单频正弦及相位编码脉冲压缩方法获得的透射超声信号信噪比及C扫描缺陷定量精度。试验结果表明选择换能器中心频率作为13位巴克码信号带宽时,脉冲压缩信号主瓣脉宽最小、幅值最大;相位编码脉冲压缩后超声信号信噪比较单频信号提高了12.4 dB,缺陷边缘更清晰且定量精度较单频信号提高了12%。说明在空气耦合超声检测中采用相位编码脉冲压缩技术能显著提高接收信号信噪比及缺陷定量精度。

对相位编码体制雷达的导前假目标干扰

基于间歇采样收发干扰体制,针对采用相位编码信号的雷达系统,提出了部分接收、预测转发,形成导前假目标群的新型干扰方法。在介绍间歇采样转发的基本原理后,分析了相位编码信号匹配滤波器的群延迟特性,从群延迟的角度分析了移频转发干扰和间歇采样转发干扰不能形成导前假目标的理论原因。在此基础上,针对相位编码M序列的编码特点,提出了一种基于间歇采样的预测转发干扰方法,并分析了对转发功率的要求。理论分析和仿真结果表明,该方法可以形成导前距离不同的假目标群,而且干扰功率要求低,是一种极具潜力的新型干扰方法。

基于相位编码的地震照明度分析

地震照明分析是面向目标的地震正演技术。本文通过相位编码合成平面波源,采用单程波傅里叶有限差分(FFD)算子进行波场延拓,对地质目标体进行高效的面炮照明分析。全炮照明分析从全局考察能量在地下介质中的分布,大大提高了计算效率;单炮照明分析可以显示能量在局部范围的分布情况,克服了平面波源无空间局部性的缺点。综合全炮照明和单炮照明分析确定地质构造对地震能量传播的影响。对于能量较弱的目标区,利用照明统计方法,选择对目标区能量贡献大的最优炮点位置。通过对理论模型和桥口地区实际资料分析,表明该方法具有高效、快速和精度高的优点。

脉间Costas跳频脉内多载波混沌相位编码雷达信号设计与分析

该文在步进频信号的基础上,把基于混沌调制的多载波相位编码(Multi-Carrier Phase Coded,MCPC)信号作为子脉冲,用Costas跳频代替频率的线性步进,设计出脉间Costas跳频脉内多载波混沌相位编码(Inter-Pulse Costas frequency hopping and intra-pulse Multi-Carrier Chaotic Phase Coded,IPC-MCCPC)雷达信号,并对其模糊函数及自相关性能进行了研究。仿真分析表明,该文设计的信号继承了步进频信号用较小的瞬时带宽合成较大的工作带宽的优点,同时有效克服了步进频信号存在的距离-速度耦合的缺点。脉内多载波特性使得这种信号在保持总带宽和步进频信号相等的条件下减少跳频阶数,从而提高信号处理的数据率;混沌调相的引入使得这种信号具有更强的保密性;脉间频率的随机跳变使其模糊函数具有更低的周期性旁瓣。这种信号众多的参数、灵活的结构及较大的调制复杂度,增加了侦察接收机匹配和识别的难度,从而提高雷达的反截获性能。