一种防空服务质量模型下的集中式多输入多输出雷达三维机动跟踪功率分配方法

针对防空作战中现有多功能雷达功率资源利用率低的问题,提出一种基于服务质量(Quanlity of Service,QoS)模型的三维机动跟踪功率分配方法以差异化标准提升多目标跟踪性能。将目标三维机动模型建立为自适应当前统计模型,通过将加速度协方差与估计误差协方差矩阵相关联以实现自适应调整。在此基础上,对三维跟踪下的贝叶斯克拉美罗下界进行推导,并将其作为跟踪误差衡量指标。通过构建关于目标威胁度与期望跟踪精度的函数关系,建立防空QoS模型下的闭环功率优化分配机制。证明所构建功率优化分配模型是凸优化问题,并进一步转化为半正定规划问题进行求解。仿真结果表明,相对于传统功率分配方法,所提方法能显著提高全局跟踪效能。

一种应用于5G毫米波的超宽带MIMO天线

设计了一种紧凑型超宽带(UWB)多输入多输出(MIMO)天线。该天线采用共面波导(CPW)馈电,可工作于C、Ku、K和Ka频段。天线采用平面几何结构设计,天线单元尺寸为14 mm×19 mm,结构紧凑,通过正交旋转形成4端口MIMO天线,加载十字形解耦器以增加隔离度,实现了良好的分集性能。MIMO天线的尺寸为40 mm×40 mm,工作频率为5~39 GHz,相对带宽约为154.5%,天线单元之间的隔离度<-19 dB,包络相关系数<0.05,分集增益>9.99 dB,测试和仿真结果一致。天线辐射性能良好且结构简单紧凑,可以很好地应用于5G毫米波无线通信系统中。

四元超宽带高隔离MIMO槽天线的设计

提出了一款基于FR4的共面波导(CPW)馈电四元超宽带(UWB)高隔离MIMO天线。该天线由4个单元槽天线组成,天线尺寸为65 mm×65 mm×0.8 mm。通过采用缺陷地结构和切角的方式实现了天线的超宽带特性。单元天线相互垂直放置实现了极化分集,同时在天线中间加载隔离栏栅结构,增加了天线的隔离度。对天线进行加工测试,测试结果能覆盖2.86~11.1 GHz并在频段内隔离度大于20 dB,天线具有高隔离、超宽带和较低的包络相关系数(ECC<0.006)的特点。天线采用(CPW)的馈电形式,更易应用于集成电路中,适用于各种超宽带系统。

采用子阵多输入多输出的天基预警雷达强杂波抑制方法

针对天基预警雷达因其高速平台运动带来严重的距离模糊和多普勒模糊,导致杂波背景强进而降低雷达目标检测性能的问题,提出一种基于子阵级多输入多输出天基预警雷达强杂波抑制方法。构建基于子阵级多输入多输出天基雷达模型并分析远距离机动目标相参性,确定目标出现线性距离徙动和不出现多普勒频率扩散时的最大相参积累时间,以保证长时间相参积累可行性;针对多输入多输出雷达长驻留的特点采用长时间积累提高多普勒分辨率,降低一个距离-多普勒单元的杂波功率,在保证搜索效率的情况下降低该单元杂噪比,并采用3/5准则检测盲区图评估天基雷达检测性能;在强杂波背景下改善了信杂噪比,提高了目标检测概率。实验仿真表明,所提方法相比相控阵雷达可有效降低杂波背景,在单脉冲重复频率下即可达到很好的检测效果,比相控阵雷达检测性能提高约20.48%。

超宽带单陷波四元MIMO天线的设计

该文设计了一款具有单陷波特性的高隔离超宽带(UWB)四单元多输入多输出(MIMO)天线。天线的尺寸为65 mm×65 mm×0.8 mm。4个槽天线单元水平正交放置,采用易加工集成的共面波导(CPW)馈电,引入缺陷地及十字隔离枝节去耦。通过在天线辐射贴片上刻蚀一个U形槽,在4.35~6.08 GHz处产生陷波,能阻止WLAN(5.15~5.825 GHz)的通信干扰。经实测,该天线的工作频段为2.46~10.6 GHz,隔离度<-20 dB,在4.35~6.08 GHz产生覆盖WLAN的阻带,包络相关系数<0.02,分集增益>9.998,实测性能良好。该天线能够广泛应用于UWB-MIMO通信系统。

基于距离辅助的超宽带MIMO雷达图像人体姿态重构网络

超宽带多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)雷达可以获取目标的多维信息,在目标探测和人体动作分类等方面有很大的优势。然而,在实际应用中,超宽带MIMO雷达获取的人体目标成像结果通常分辨率较低,抽象难懂,且目标距离越远雷达图像分辨率越低。针对以上问题,本文提出了一种基于距离辅助的超宽带MIMO雷达图像人体姿态重构网络,首先使用卷积神经网络提取人体目标成像的信号强度和空间位置特征,然后使用反卷积模块重构出人体目标的各个关节点位置。同时,考虑雷达成像结果随着距离的变远而恶化,本文将目标的距离作为辅助信息来选择合适的网络模型参数,进而提高姿态重构的精度。实验结果表明,本方法可以将抽象的人体目标雷达图像转化为易于理解的人体关节姿态,且有较好的姿态重构性能,极大增强了传统雷达图像的可视化性能。同时,距离信息的引入提高了姿态重构精度,有效克服了距离增大带来的影响。

机载多输入多输出雷达局域化降维杂波抑制方法

针对机载多输入多输出雷达杂波抑制问题,提出一种新的降维空时自适应处理方法.首先,通过空域发射-接收两维固定波束形成和时域多普勒滤波将雷达接收数据由阵元-脉冲域变换到波束-多普勒域,然后再选取检测单元周围若干个三维波束并根据线性约束最小方差准则进行部分联合自适应处理.仿真结果表明,这种算法能大幅降低运算量和对样本数目的要求,且性能优于已有的经典降维空时自适应处理方法.

机载多输入多输出雷达脉冲相消杂波抑制方法

针对机载多输入多输出雷达杂波分布呈现空时耦合特性,该文提出了一种新的空时2维脉冲相消杂波抑制方法,通过利用雷达参数以及载机速度可以确定杂波分布轨迹这一先验信息,设计出一种简单有效的空时2维脉冲相消器,作为空时自适应处理(STAP)的杂波预滤波处理方法,进一步提高目标的检测性能。试验结果表明,该方法可以较为灵活地根据不同阵列结构来构造,不受布阵方式的限制,同时对于高速运动目标的检测也较为有效。

基于多输入多输出技术的无源雷达信号模型

借鉴正交信号多输入多输出(MIMO)雷达的思想,利用多个照射源信号进行目标探测与定位,可显著改善无源雷达的系统性能。以调频广播信号无源雷达为背景,研究了多照射源条件下的雷达信号模型及相参合成原理,分析了各信号间的相位关系和影响信号相参合成的各种因素。结果表明:只要能有效消除各信号间的差异相位项,实现多照射源信号相参合成、改善无源雷达检测信噪比是切实可行的。

基于Stackelberg博弈的多输入多输出雷达信号与目标干扰优化

针对实际杂波环境中多输入多输出(MIMO)雷达与目标间检测与隐身的博弈问题,提出一种新的两步注水算法。首先建立时空编码模型;然后基于互信息量准则,用注水法分配目标干扰功率,用通用注水法分配雷达信号功率;最终得到强弱杂波环境Stackelberg博弈中目标占优和雷达占优的优化方案。仿真结果表明,雷达信号功率分配和通用注水水位变化规律均受杂波影响,两优化方案的互信息量在强杂波环境降低约50%,干扰影响系数分别降低0.2和0.25,互信息量受干扰影响程度降低,证明了所提算法的有效性。

基于混沌的调频调相的多输入多输出雷达正交波形设计

针对混沌序列单一调频或调相波形存在波形复杂度低,限制了混沌信号可预测的概率、雷达的截获概率和抗干扰性能的问题,提出了基于混沌序列将频率和相位联合调制用于波形设计的方法。首先,对雷达信号进行混沌频率编码,即将一个脉冲分成一系列子脉冲,对不同子脉冲进行不同的频率调制。同时,在每个频率编码子脉冲内对波形的每个周期使用随机产生的初始相位。仿真结果表明,联合调频调相混沌雷达信号的自相关旁瓣峰值最大值达到-24.71 d B,相比调频混沌信号或调相混沌信号,其相关性性能有所提高。实验结果表明,联合调频调相混沌雷达波形结合调相和调频的优点,既具有调相信号的功率谱平坦的特性,又具有调频信号抗噪声干扰特性,为非常理想的探测信号。

利用多输入多输出雷达低秩杂波的降维空时自适应算法

为了抑制机载多输入多输出(MIMO)雷达接收信号中的杂波和有源干扰,提出一种利用MIMO雷达低秩杂波进行降维的空时自适应处理算法(LRC-RD).首先根据系统参数离线构造杂波子空间矩阵,再结合有源干扰加噪声协方差矩阵以及目标空时导向矢量来构造降维矩阵,最后用降维后的数据计算自适应权值.LRC-RD算法可将全维数据维数降为杂波的秩加1,从而降低了计算复杂度和计算自适应权值所需的训练样本数,所以收敛速度快,并且其理论性能可以达到全维处理的理论性能.仿真实验表明,LRC-RD算法在没有误差、样本数为降维后的数据维数的2倍时,其信噪比损失在高速区比基于双迭代的算法和基于子阵划分的算法分别高出约5dB和17dB.

一种多输入多输出雷达相位编码信号的设计方法

针对多输入多输出（MIMO）雷达正交相位编码信号设计中已有方法所得信号集匹配滤波后旁瓣较高的问题,提出一种新的设计方法.首先将基于信号集相关旁瓣总能量的代价函数简化成低次的较容易求解的问题,然后将输入输出算法从一维扩展到多维,并针对极小化问题改进了其物面和频谱面的约束条件,利用改进后的输入输出算法求解该极小化问题,再针对基于信号集相关旁瓣峰值的代价函数,利用迭代码选择算法对第一步所得信号集进一步优化,最后得到相关性能较好的正交信号集.仿真结果表明,相比于模拟退火和序列二次规划等方法,该方法所得信号集的平均非周期自相关峰值旁瓣降低了3～4 dB,平均非周期互相关峰值降低了1～2 dB.

多输入多输出雷达发射阵列误差联合校正方法

针对多输入多输出雷达发射阵列提出了一种同时校正阵元位置误差、幅相误差和阵元互耦的新方法.该方法首先通过多次旋转天线阵列进行采样,获得来自多个方位的实验数据,然后对数据的协方差矩阵进行特征分解,得到实际阵列流型的估计值并构造代价函数,最后通过迭代算法估计所有的误差参数,并对误差进行校正.计算机仿真及实际天线阵列的校正实验均验证了该方法的有效性.

基于几乎差集的多输入多输出雷达阵列稀疏优化方法

针对基于循环差集(Cyclic Difference Sets,CDS)的多输入多输出(Multiple-input Multiple-output,MIMO)雷达阵列稀疏方法由于现有CDS构造条件苛刻、集合数量有限而造成阵列配置数量较少的不足,提出了基于几乎差集(Almost Difference Sets,ADS)的MIMO雷达阵列稀疏优化方法.该方法可解析地确定发射、接收阵元位置,并先验预估虚拟阵列的方向图旁瓣上界.基于ADS的MIMO阵列在旁瓣性能上与基于CDS的阵列相近且优于随机阵列;ADS具有构造简单、阵列配置丰富的优势,有利于该方法的工程应用.仿真验证了所提方法的有效性.

多天线超宽带通信中的一种盲接收机

针对多天线冲激无线电超宽带通信系统,提出了一种盲的线性接收机。在不需要信道信息的情况下,可以利用经过预编码的空时分组码给接收信号带来的特定结构,直接得到接收机系数,从而恢复出发送符号。仿真表明,随着用于估计的数据块的增加,盲接收机的性能逐渐接近于相关接收。

机载极化阵列多输入多输出雷达极化空时自适应处理性能分析

为进一步提升机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)的杂波抑制与目标检测性能,本文提出基于极化阵列MIMO雷达的极化空时自适应处理(PSTAP)方法.首先,将新型的极化阵列应用于机载MIMO雷达,建立了机载极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理的信号模型.然后,基于分辨格思想,将杂波影响等效为与杂波自由度相关的独立杂波点源的形式,得到极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理协方差矩阵的等价表示.进而,结合上述等价协方差矩阵,对极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理的输出信杂噪比(SCNR)性能进行了推导分析,讨论了其中极化、空、时匹配系数的影响.理论分析表明,通过利用附加的极化域信息,极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理相比于传统MIMO-STAP能够有效提升杂波抑制性能,更有利于慢速运动目标检测,并且目标与杂波极化参数差别越大,输出SCNR的性能改善效果越明显.仿真结果验证了本文所提极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理方法的有效性与优越性.

匹配滤波器失配下的双基地多输入多输出雷达多目标角度估计

提出了基于匹配滤波器失配的双基地多输入多输出(MIMO)雷达多目标角度估计算法。建立了存在时延、多普勒频率补偿误差情形下的双基地MIMO雷达模型。采用交替迭代的思想,将发射角、时延补偿误差和多普勒频率补偿误差的参数估计问题转化为一个二次规划问题并求解出发射角。用ESPRIT算法估计目标的接收角,并且实现了收发角度的自动配对。仿真实验证明了ESPRIT算法的有效性。此外在附录中推导了本文信号模型下的克拉美罗界。

紧凑型4×4单元超宽带MIMO缝隙天线设计

为了更好地实现移动终端天线小型化,提出了一种具有较高单元间隔离度的紧凑型超宽带MIMO(Multiple Input Multiple Output)天线。该天线无需任何解耦网络,通过阶梯形缝隙结构来实现各个天线单元。采用的阶梯形缝隙天线不仅减少了天线的尺寸,而且具有定向辐射行为,从而形成较高的高隔离度。提出的天线尺寸为23.7 mm×23.7 mm×0.8 mm。测量结果表明,提出的超宽带MIMO天线在3 GHz^10.9 GHz频谱中能够产生较好的多向辐射特性(S11≤-10 d B),阻抗隔离大于20 d B,包络相关系数和信道容量损耗的容许界限保证了良好的MIMO性能。

一种紧凑型二端口双陷波超宽带MIMO天线

提出了一种紧凑型的二端口双陷波超宽带MIMO天线。该天线由两个圆形单极子和一个缺陷地结构组成,在两个单极子辐射片上刻蚀开口圆环槽,并在两个50Ω馈电微带线旁分别增加终端短路的低-高-低阶跃阻抗谐振器,实现了双陷波的功能,分别抑制了无线局域网WLAN(5.15~5.85 GHz)和802.16无线城域网Wi MAX(3.4~3.8 GHz)信号对该天线系统的干扰;并在介质板地层和顶层增加隔离枝节,提高了隔离度。实验结果表明:该天线在-10d B的工作带宽为3.0~13.8 GHz,第一个陷波带宽为3.37~3.85 GHz,第二个陷波带宽为5.02~6.14 GHz,有效抑制了Wi MAX和WLAN信号干扰;工作频带内,最小隔离度为13.5 d B,最大增益为4.94 d B,最大辐射效率为96.6%,包络相关系数小于0.07。测试表明该天线适用于多输入-多输出超宽带(MIMO-UWB)系统,且该天线结构紧凑,尺寸仅为47.5 mm×47.5 mm×0.8 mm,易用于便携式设备。