二维相控阵-MIMO雷达联合发射子阵划分和波束形成设计方法

为了有效地抑制干扰信号并进一步提高雷达系统的性能,该文提出一种基于2维相控阵-MIMO雷达的联合发射子阵划分和波束形成设计方法。该方法首先将MIMO雷达系统的发射阵列等分成一定数目的非重叠子阵并给每个天线分配相同的发射能量,以确保发射信号具有恒模特性;其次,在一定的约束条件下,以最大化接收波束形成器的输出信干噪比为准则建立关于子阵结构、每个子阵对应的发射波束形成权矢量以及接收波束形成权矢量的优化模型,并采用循环迭代方法进行求解。仿真结果证实了所提方法的正确性和有效性。

相控阵-MIMO雷达的相位编码信号设计方法

具有良好性能的正交编码信号是相控阵-多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达获得优良性能的前提。为得到对接收端噪声容忍度更高的编码信号,利用改进的离散粒子群优化(discrete particle swarm optimization,DPSO)算法,以接收端匹配滤波之后输出信号的性能为代价函数,将编码设计转化为约束优化问题,设计了可灵活编码的正交相位编码信号。新算法得到的编码信号有较低的自相关旁瓣和互相关干扰,在匹配滤波时其对噪声的抑制要好于已有算法,且能有效分离出多个目标。仿真结果验证了算法的有效性。

相控阵-MIMO雷达发射波束形成

对MIMO雷达提出了一项新技术——相控阵-MIMO雷达。该技术充分利用了MIMO雷达和相控阵雷达相干处理的优点，其实质就是把发射天线分隔成多个子阵，每个子阵发射相互正交的波形，通过设计每个子阵的加权矢量使天线在空间形成波束，并且每个子阵可以构成MIMO雷达模型。仿真分析表明：和相控阵和MIMO雷达相比，提出的相控阵．MIMO雷达具有更优越的性能。

宽带相控阵雷达孔径渡越与距离徙动联合校正

宽带相控阵雷达探测高速运动目标时,目标回波快时间频率与空、时二维耦合,容易出现孔径渡越和距离徙动双重问题。针对该情况,提出一种联合校正方法:当雷达工作于窄发模式时,通过频域补偿和一维时间尺度(TS)进行解耦;当雷达工作于宽发模式时,通过二维TS进行解耦。针对雷达工作模式界定问题给出了明确条件。仿真结果表明,所提方法可有效解决孔径渡越、距离徙动引起的目标回波跨阵元、跨脉冲问题,联合校正后目标有效检测临界信噪比较理想状态损失不超过3 dB。

机载有源相控阵火控雷达技术发展

机载火控雷达是战斗机平台获取信息的主要传感器,经历了测距机、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达的发展历程。文中通过对现有战斗机火控雷达现状分析,结合未来战斗机平台作战需求分析等多个角度分析对机载火控雷达的需求和技术牵引,结合射频一体化、分布式探测、智能蒙皮、隐身探测和芯片化等新兴技术,展望未来机载火控雷达发展趋势,为后续机载火控雷达设计与研究提供参考借鉴。

应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战

应用于全固态激光雷达的光学相控阵是一种电控扫描的光束指向控制技术,具有宽视场、低功耗、轻量化的优异性能,在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。文章首先介绍了光学相控阵基本工作原理;回顾了近年来基于不同材料光学相控阵的国内外研究进展,主要包括:光波导相控阵(如LiTaO3晶体、GaAs/AIGaAs、PLZT电光陶瓷、Si等)和液晶光学相控阵;并对基于不同材料光学相控阵的优劣势进行对比分析;指出了研制高性能光学相控阵需要突破的关键技术;并给出了光学相控阵技术的发展趋势与挑战。

多功能相控阵雷达行为辨识综述

多功能相控阵雷达是指具备相位控制阵列,能同时实现搜索、跟踪、制导等多种功能的雷达。随着雷达对抗的不断升级以及各国对于电子战的日益重视,作为获取多功能相控阵雷达信息的重要手段,其行为辨识技术的研究得到了进一步发展。结合目前多功能相控阵雷达行为辨识的背景与意义,对已有的不同多功能相控阵雷达信号模型进行梳理,对高密度、大噪声信号环境下的波形单元提取算法和基于深度学习的工作模式识别算法进行识别性能、适用场景等方面的系统性对比,并归纳了不同仿真数据集的实际应用情况,最后总结了该技术存在的问题并提出了未来展望。

基于雨滴谱仪和S波段雷达的X波段相控阵雷达反射率观测质量定量分析

使用深圳市求雨坛X波段相控阵雷达数据,与深圳市竹子林雨滴谱仪数据和深圳市求雨坛S波段雷达数据进行了定量对比,分析X波段相控阵雷达反射率的观测质量。结果表明,整体而言X波段相控阵雷达反射率与雨滴谱仪计算得到的反射率及S波段雷达反射率均较为一致,相关系数均超过0.75,相对平均误差接近于0,不存在明显偏差,且在不同强度降水时段表现较为稳定。但X波段雷达反射率在不同强度下偏差情况不一致,小于25 dBz时,X波段相控阵雷达反射率偏强,大于25 dBz时,X波段相控阵雷达反射率偏弱,且偏弱程度随反射率强度增加逐渐加大,在反射率超过50 dBz时,平均偏弱强度可达8~10 dB。

面向大规模目标跟踪的相控阵雷达资源分配方法

相比于传统雷达,相控阵雷达能够同时生成多个波束并灵活改变波束指向,被广泛应用于多目标跟踪领域。在大规模集群目标协同探测场景中,为支持后续节点对敌方目标进行火力拦截与打击的任务需求,相控阵雷达需要在规定时间内将空域内优先级更高的目标更快地跟踪至火控精度,然而若空域内目标数量过多,雷达探测资源有限,难以完成指定跟踪任务。为了解决这一问题,本文提出了一种面向大规模目标跟踪的相控阵雷达目标分配与功率联合优化算法。首先,推导出包含目标分配和功率优化的预测条件克拉美罗下界,并将其作为目标跟踪性能的衡量指标;随后,本文同时考虑跟踪容量和跟踪精度,以最大化满足跟踪精度的目标数量和最小化多目标优先级加权平均跟踪误差为优化目标,结合相控阵雷达系统资源,建立了大规模目标跟踪下的目标分配和功率联合优化模型,对目标分配变量和发射功率变量进行自适应联合优化配置。针对上述优化问题,本文采用两步分解法,将其分解为目标分配子问题和功率优化子问题,并结合激活函数对非平滑非凸的目标函数进行平滑近似。然后,利用谱投影梯度法进行求解。仿真实验验证了所提算法相较于传统算法在多个场景下均能在指定时间内更快速地将更多目标跟踪至指定精度。

面向艇载气象雷达的稀疏相控阵优化设计

台风是一种持续性的热带气旋,常带来狂风、暴雨等灾害天气。平均每年约有七次台风登陆我国,对我国人口密集的东南沿海和部分内陆地区带来严重影响。气象雷达具有对台风等灾害天气的探测和预警能力,但现有的气象雷达多为地基相控阵雷达,距离远且分辨率低,对台风内部结构观测不清,导致在台风强度和路径的预测上存在着较大的不确定性。为降低台风灾害带来的损失,北京航空航天大学承担的国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(简称“大仪器”项目)提出由临近空间飞艇搭载气象雷达对台风进行追踪抵近探测,提供台风内部结构长时、精细的观测数据。不同于地基雷达,临近空间飞艇独特的平台限制约束了气象雷达的重量、功耗、尺寸等成本参数,而实现台风探测的高性能亟须大孔径阵列。因此,艇载台风探测雷达的技术难点在于:如何用最低的成本实现最高的性能。在“大仪器”项目的资助下,本文提出一种稀疏相控阵气象雷达,可以在降低系统成本的同时实现高分辨率探测。本文的主要贡献总结如下:首先,对单天线气象回波的时间序列进行模拟仿真,扩展至多天线相控阵气象雷达的回波数据模拟,并通过多普勒分析验证其准确性;然后,考虑稀疏化均匀间隔的相控阵列,通过减少阵元数降低硬件成本的同时,保持高分辨率的波束扫描与接收;最后,联合优化阵列构型和权重系数,权重系数满足恒模约束以最大化雷达发射功效,从而进一步压低副瓣电平来改善气象雷达的抗干扰性能。仿真和实验结果表明,相控阵雷达能够实现准确高效的气象探测,稀疏阵的引入使系统在维持高分辨率的同时降低了硬件成本。具体地,在相同阵元数的条件下,稀疏阵在对气象回波反射率、多普勒频率及谱宽的估计上,都展现明显优于均匀阵的效果。

基于Unity3D的杀爆战斗部对相控阵雷达毁伤评估可视化设计与实现

为提高战斗部的设计迭代与毁伤评估效率,引入典型相控阵雷达的目标易损性模型,构建了杀爆战斗部威力场计算模型、弹目交会模型以及典型相控阵雷达的毁伤概率计算模型,并基于Unity3D引擎搭建了杀爆战斗部对相控阵雷达的毁伤评估系统。系统能够实现杀爆战斗部的参数化设计、威力场计算以及杀爆战斗部对典型相控阵雷达毁伤概率的计算及毁伤效果的可视化。针对某杀爆战斗部进行试算,系统直观显示了战斗部威力以及对典型相控阵雷达的毁伤效果,设置战斗部落速为100 m/s, CEP为1 m,计算得到了落高为4~7 m,落角在30°~90°的弹目交会条件下战斗部对典型相控阵雷达的毁伤概率。所设计的系统功能完备,可以为杀爆战斗部方案设计及对相控阵雷达的毁伤评估提供支撑,系统开发的思路可以为战斗部威力计算及毁伤评估软件的设计提供参考。

OFDM-MIMO相控阵雷达性能分析

采用正交频分调制(OFDM)波形的MIMO相控阵雷达是一种新的MIMO雷达,其可同时实现波形分集和频率分集.与正交相位编码波形不同,OFDM波形中心频率不同,存在特定的差频,使得基于该波形的MIMO雷达信号处理更为复杂.针对这一问题,首先建立了该雷达系统信号模型,推导了子阵间空域相干合成结果.然后,分析了该系统的信噪比、作用距离和抗截获能力,并与传统相控阵雷达进行了比较.理论分析和仿真实验结果证实了该系统的优势.

一种相控阵雷达横滚角标校方法

提出了一种相控阵雷达横滚角标校方法,利用相控阵雷达横滚角与目标俯仰角测量误差之间的近似线性关系,结合雷达自带的角度测量误差标定手段,快速地计算得到雷达的横滚角,进而大幅提高相控阵雷达的角度测量精度。实验证明,使用该方法计算得到的横滚角与使用激光测量仪器测得的横滚角结果精度相当,完全能够满足高精度测量雷达的需求。

相控阵天气雷达技术研究进展

天气雷达是一种典型的气象雷达,也称测雨雷达,是用于警戒和预报中、小尺度降雨天气系统的主要探测工具。自第一部天气雷达问世以来,社会经济的持续发展和科学技术的进步,推动了天气雷达技术不断创新发展,经历了常规模拟、数字化、多普勒、多普勒双偏振等发展阶段。天气雷达的核心部件发射机系统也从磁控管、速调管发展到全固态、相控阵技术。本文介绍国内外相控阵天气雷达技术研究进展,重点综述相控阵天气雷达技术研究进展。内容包括:介绍气象微波波段与天气雷达种类,介绍天气雷达体制发展进程,介绍双线偏振多普勒天气雷达;综述相控阵天气雷达技术进展,以及介绍几种新发展的相控阵天气雷达等。最后,给出总结和展望。

活性壳体温压战斗部对相控阵雷达天线的毁伤效应

研究活性壳体与温压炸药组合战斗部的威力,以及对相控阵雷达天线靶标的毁伤效应,以期提升对其的毁伤效果,并为相关战斗部设计提供支撑。设计活性壳体、20号钢壳体2种同尺寸结构温压战斗部,进行战斗部毁伤模拟相控阵雷达天线靶标试验,测试并分析火球温度、冲击波、靶标介质棒损坏比例等数据。试验结果表明:相同尺寸结构和装药量下,相对钢壳战斗部,活性壳体战斗部火球最高温度提高14.9%、500℃以上火球面积增加20%~50%,冲击波比冲量始终高于钢壳战斗部,对8 m处靶标的毁伤程度提升15.5%;温压战斗部可通过自然破片和冲击波毁伤靶标,冲击波能够造成介质棒大面积脱落,基于试验结果分析,对于54.8%以上阵面辐射单元毁伤,冲击波比冲量应达到142.5 Pa·s以上。

西藏墨脱复杂地形X波段相控阵偏振天气雷达降水观测和反演方法研究

墨脱的降水变化与印度洋、孟加拉湾的水汽向内陆的输送、夏季风及我国东部雨带的推进过程联系紧密。它的独特地形与西南气流的相互作用在当地形成了年均降水超过2000 mm的降水带。但墨脱的复杂地形与有限的电力交通条件造成了降水观测的困难。2019年,第二次青藏高原综合科学考察研究任务专题项目在墨脱设置了一部X波段双偏振相控阵雷达,实现了对墨脱云降水的连续观测,对当地生态环境和云水资源研究以及高原东南水汽通道特征研究等具有重要的意义。文中使用墨脱X波段双偏振相控阵雷达2020年6-8月的观测数据,使用统计手段筛选降水回波片段,整合后构造得到符合墨脱复杂地形的混合仰角;利用2019年墨脱雨滴谱数据计算雷达参量、拟合得到适合墨脱地区降水特点的X波段天气雷达定量降水估测(QPE)公式。在此基础上选取2020年7-8月三次累积降水量、平均雨强、持续时间各不相同的降水过程,使用线性规划方案计算ΦDP(差分传播相移)、最小二乘拟合计算KDP(差分传播相移率)、“ZPHI”降水廓线算法订正ZH(反射率因子);以ZH和KDP为阈值,使用R(ZH)与R(KDP)分段估测降水,与单独使用R(ZH)和R(KDP)的估测结果进行对比;并基于降水估测结果和雷达参量的水平分布探讨降水分布与地形的关系。本文经过质量控制的ZH、 KDP数据质量有明显改善;使用统计方法构造的混合仰角有效回波面积大于使用SRTM1 v3.0地形数据构造的混合仰角,三次降水的典型时刻参量与过程累积降水量和平均ZH、 ZDR能初步反映降水变化与地形的关系;本文的降水估测公式和分段估测降水方法整体结果表现良好,各评估参数均具有较好的表现;结果表明:(1)墨脱雷达周边地形变化剧烈,根据现有地形数据构造的混合仰角在降水估测中表现不如本文统计筛选雷达观测数据得到的混合仰角数据;(2)本文采用的数据质控方法、定量降水估测公式与分段估测方法(PEM)在降水反演中表现良好,与单一的R(ZH)、 R(KDP)方法相比,得到的结果在CC和RMSE无明显变化的情况下,估测误差明显减小;(3)墨脱降水的发生发展或与西南气流被河谷偏北方山坡抬升有关,较大雨强、较小粒子直径的云位于地势平缓的谷底。

一种K系数标定的相控阵精密跟踪雷达RCS反演方法

针对相控阵精密跟踪雷达目标RCS反演问题,提出了一种改进的相对测量法.该方法在利用标准金属球进行K系数标定过程中,考虑标准金属球相对于雷达法线的方位、俯仰,以及雷达跟踪脉宽、脉冲数、频率等因素的影响,然后利用标定的K系数对不同方位、俯仰、跟踪波形下的待测量目标进行实时的RCS解算.通过实测数据验证了该方法的可行性和有效性.该方法简单、实用、精度高,具有普适性和工程应用价值.

深圳X波段双偏振相控阵雷达降水估测算法效果评估

为验证X波段双偏振相控阵雷达的降水估测能力,利用2020年深圳市X波段双偏振相控阵雷达探测资料和广州市S波段双偏振雷达探测资料,建立基于双偏振雷达参量强弱(即ZH、ZDR和KDP)的本地化混合降水反演方法,对不同降水使用最优的雷达参量进行定量降水估测,统计广东龙门县2016年雨滴谱观测资料,得到降水估测公式中的系数,分析不同时间、空间和降水强度下降水个例,利用本地化降水反演方法产生的定量降水估计结果与雨量计观测资料对比。结果表明,高时空分辨率的X波段相控阵雷达可以提高降水估测精度。X波段相控阵雷达在高时间分辨率下,其估测降水强度变化趋势和自动站观测的降水强度变化趋势一致,并且对降水强度小于40 mm/h的降水估测较为准确。在最大观测范围内,X波段相控阵雷达能观测到低层的气象信息,其降水估测的评估结果优于S波段雷达。X波段相控阵雷达对暴雨以下的降水估测更加准确,对暴雨以上的降水估测结果误差较大,可信度不高。

平面相控阵雷达数字多波束形成及单脉冲测角方法研究

在多功能相控阵雷达设计中,数字多波束形成和单脉冲测角是两个主要的关键技术。此次在平面相控阵雷达数字多波束形成及单脉冲测角原理的基础上,研究了平面相控阵雷达数字多波束及单脉冲测角方法,通过仿真验证了在行数和列数一定的情况下,采用三角形排列与矩形排列的天线方向图基本一致;采用一种改进的归一化目标测角方法,可利用和差波束实现高仰角目标的测角。

相控阵雷达收发通道的幅相校正方法研究

相控阵雷达利用数字波束形成(DBF)技术合成所需波束,高度依赖收发通道幅相一致性来实现高搜索数据率和跟踪数据率。本文仿真了收发通道幅相偏差对天线波束合成的影响,阐述了几种常规幅相校正方法的优缺点。在雷达上通过软硬件一体化设计,实现了一种基于内部校正的幅相校正方法,增强了工作效率,显著提升了数据的可视化和易读性。