MIMO探地雷达随机步进频信号旁瓣抑制

针对MIMO探地雷达中随机步进频信号的距离旁瓣较高的问题,提出了一种基于快速二阶锥优化问题的旁瓣抑制方法。该方法首先通过建立随机步进频信号模型对回波信号进行预处理,然后基于回波信号的旁瓣特点将旁瓣抑制问题转化为以信号的峰值旁瓣构建目标函数,以主峰损失、峰值旁瓣和积分旁瓣联合约束的二阶锥优化问题,最后使用内点法求解二阶锥规划问题,以此得到最优的旁瓣滤波器系数。仿真和实测数据处理结果表明,设计的失配滤波器能够在较低主峰损耗的情况下,有效降低峰值旁瓣电平和积分旁瓣电平,提高信号的主旁瓣比。该方法为MIMO探地雷达中的距离旁瓣问题提供了有效解决思路,有望在工程应用中提高探地雷达的性能。

基于矩阵填充的随机步进频雷达高分辨距离-多普勒谱稀疏恢复方法

随机步进频雷达通过合成大带宽,能在较低硬件复杂度下获得距离高分辨效果,同时由于其每个脉冲的载频随机捷变,因而具有强的抗干扰、电磁兼容能力,在复杂电磁环境高精度探测领域具有重要的应用价值。然而,由于其波形在时频域稀疏的感知形式,造成回波相参信息有所缺失,因而传统匹配滤波方法在估计高分辨距离-多普勒时会演化为欠定估计,导致估计谱中产生起伏高旁瓣,严重影响探测性能。为此,该文提出一种基于Hankel重构矩阵填充的随机步进频雷达高分辨距离-多普勒谱低旁瓣稀疏恢复方法。该方法采用低秩矩阵填充思想补全波形在时频域稀疏感知时造成的缺失采样,恢复目标连续相参信息,可以有效解决欠定估计问题。文章首先构建了随机步进频雷达的慢时间-载频(时-频)回波欠采样数据矩阵;然后,重构待恢复数据矩阵为双重Hankel型,并分析证明了矩阵满足低秩先验特性;最后,利用ADMM算法补全未采样时频数据,恢复相参信息,保证了高分辨距离-多普勒谱低旁瓣稀疏恢复。仿真和实测试验证明了该文所提方法的有效性和优越性。

随机步进频引信近距泄漏抑制方法研究

首先分析了近距泄漏信号对随机步进频引信探测能力的影响。然后对近距泄漏信号进行了分析,基于近距泄漏信号与目标回波信号在频谱上的不同特征,采用先经过高通滤波再进行速度匹配对消的方法滤除近距泄漏信号。最后通过仿真验证了所述近距泄漏抑制方法的抑制能力。

混沌随机频率步进信号分析与处理

混沌具有类随机性、对初值敏感、易于产生和控制,频率步进信号易于工程实现和处理,结合二者的优势,提出一种基于混沌序列的随机频率步进雷达信号。介绍了信号产生模型,从理论上推导、分析了该信号的模糊函数和互相关函数性能,给出了信号直接相关和先排序存储、后匹配滤波两种回波处理方法。应用四种典型混沌进行数值仿真,并和已有的线性频率步进信号、高斯和均匀随机频率步进信号进行对比分析。结果表明,混沌随机频率步进信号具有较优良的性能,是一种有潜力的雷达信号。

基于随机调频步进信号的高分辨ISAR成像方法

为充分利用随机调频步进逆合成孔径雷达回波所具有的联合稀疏特征,提高成像性能,该文提出一种基于分布式压缩感知理论的随机调频步进逆合成孔径雷达高分辨成像方法。首先构建随机调频步进信号回波的联合稀疏表示模型,并完成子脉冲的脉冲压缩处理;其次,基于每组子脉冲的随机方式(组与组之间的随机方式不同),构建相应的随机量测矩阵,获取回波的压缩感知信号模型,并利用分布式压缩感知理论实现距离向联合高分辨重构;最后结合回波在方位向的稀疏性,采用快速稀疏重构算法实现方位向高分辨成像。理论分析和仿真结果表明由于充分利用了随机调频步进信号回波的随机性与联合稀疏特征,所提出方法具有重构精度高、距离向采样率低、抗噪性能强等特点。

基于高重频随机频率步进宽带雷达的频率匹配算法

高重频条件下,随机频率步进(random stepped frequency,RSF)宽带雷达收发不同步导致混频困难。通过对混频过程与成像算法的分析,认为采用错误混频的回波成像时会散焦,而采用正确混频的回波能合成良好距离像。基于相邻良好距离像间有强相关性这一特征,构建了频率匹配搜索算法以获取正确的混频频率位置,并通过仿真分析验证了该方法的有效性。

基于联合块稀疏模型的随机调频步进ISAR成像方法

在回波数据稀疏、低信噪比等不利条件下,利用随机调频步进信号进行ISAR成像时,成像性能将会严重下降。针对上述问题,该文在充分分析随机调频步进信号回波特性的基础上,提出利用目标距离向具有的联合块稀疏特征来获得高质量ISAR图像的新方法。首先,推导了在随机调频步进信号发射波形条件下目标回波信号的联合块稀疏成像模型并分析了该模型特征;其次,提出了联合块稀疏正交匹配追踪稀疏重构算法(JBOMP)实现对模型的求解。该算法利用ISAR回波信号具有的块稀疏以及联合稀疏等先验信息,因此在低量测值、低信噪比条件下的ISAR成像性能得到了增强。所提算法还可以实现对多维信号的联合处理,且具有较快的运算速度。理论分析与仿真实验均验证了所提方法的有效性。

随机频率步进雷达成像分析

随机频率步进信号兼具步进频率雷达和宽带噪声雷达的特点,不仅可以降低系统瞬时带宽和数据采样率,还具有优良的低截获概率(LPI)、电磁兼容性(EMC)和抗射频干扰(ARFI)特性。分析了随机频率步进信号的相关输出及模糊函数的统计特性,如一阶矩、二阶矩和方差等,并与均匀频率步进信号做了抗干扰性能的比较。提出并分析了相关输出结合Range-Doppler模式的SAR成像方法,同时通过仿真实验验证了该方法成像的有效性。

随机线性调频步进雷达波形设计及成像算法研究

线性调频步进信号能在不增加系统瞬时带宽的情况下用数字信号处理的方法获得高的距离像分辨率,是一种高效的雷达信号形式。针对传统的线性调频步进信号抗干扰能力较差的问题,该文提出一种可以随机发射线性调频步进信号子脉冲的波形设计方法,结合压缩感知理论,运用较少的子脉冲实现了对运动目标1维距离像的重构和高分辨的2维成像。在此基础上,进一步分析了目标运动对随机线性调频步进信号雷达成像的影响,设计了包含测速脉冲的随机线性调频步进信号,并提出了基于时频分析、Radon变换和二值数学形态学相结合的运动速度估计及补偿方法。仿真实验验证了随机线性调频步进信号逆合成孔径雷达的性能及该文方法的有效性。

基于全局最小熵的随机稀疏调频步进信号运动补偿方法

发射频率和孔径二维随机稀疏的调频步进信号,可降低雷达系统对采样率的要求,同时可提高抗干扰能力。但是调频步进信号随机稀疏时会带来运动补偿困难的问题。针对此问题,提出一种基于全局最小熵的运动补偿方法。首先,利用全局最小熵方法完成包络对齐;其次将初相校正问题转换为径向速度与加速度的参数估计问题。为实现速度的高精度估计,采取粗搜索与精估计相结合,以全局最小熵作为代价函数,基于黄金分割法进行变步长搜索实现参数的快速高精度估计,最终完成初相校正。理论分析和仿真结果表明该算法具有参数估计速度快、估计精度高且在较低的信噪比条件下具有较高稳健性的优势。

一种对随机频率步进信号的散射中心提取方法

为提高雷达抗干扰能力,采用内插阵列变换的方法来对随机频率步进数据重构虚拟均匀步进频数据的协方差矩阵,再利用求根MUSIC算法获取目标的散射中心。平板的电磁散射数据验证了该方法对实际目标的有效性。通过蒙特卡罗仿真分析了在不同信噪比下提取散射中心的性能,结果表明该方法简单可靠,可用于任意步长变换的步进频信号,具有较强的适应能力。

随机稀疏调频步进信号距离像抗混叠方法研究

传统步进频率波形不模糊距离窗大小受载频步进量制约,将会导致距离像混叠等问题.针对此问题,基于压缩感知理论,研究了一种随机稀疏调频步进信号距离像抗混叠方法.首先对子脉冲进行脉压(Dechirp)处理,将处理后的回波信号看作为具有等效带宽线性调频信号回波的量测数据;其次根据子脉冲随机发射方式构造相应的量测矩阵,得到随机稀疏调频步进信号的压缩感知重构模型,并采用压缩感知重构算法得到高分辨一维距离像.最后,对该方法不模糊距离窗大小进行了分析,并给出了影响不模糊距离窗大小的因素和参数设置原则.所研究方法通过将随机稀疏调频步进信号的距离像合成处理等效为LFM信号的距离像合成过程,既降低了载频步进量对不模糊距离窗大小的限制,克服了距离像混叠问题,又提高了距离像合成性能.仿真实验进一步验证了本文方法的有效性.

随机频率编码雷达信号的模糊函数性能分析

随机频率编码雷达作为一种近年来比较流行的新体制雷达,综合了频率步进和噪声雷达的优良特性,具有很好的低截获概率(LPI)、电磁兼容性(EMC)和抗射频干扰(APFI)特性。由于随机频率编码信号脉间频率的变化使得传统的延时-多普勒模糊函数描述其波形性质存在局限性。针对这点,研究分析了一种表示随机步进频模糊函数的新方式,在此基础上分析了该信号距离模糊和速度模糊等模糊特性,并通过分析不同类型编码的模糊函数与干扰环境图的关系得出了一种抗干扰波形的选择方法。

基于自相关函数的SRSF信号感知矩阵优化方法

根据随机步进频率(random stepped-frequency,RSF)信号特征,结合感知矩阵优化理论,提出了一种基于自相关函数的稀疏RSF(sparse RSF,SRSF)信号感知矩阵优化方法.首先,在构建稀疏重构模型的基础上,给出了SRSF信号波形参数与感知矩阵构造方式的内在联系;然后,研究了感知矩阵互相关系数矩阵与信号自相关函数(模糊函数的零多普勒切面)的关系,得出在特定条件下两者等价的结论,进而将二维感知矩阵优化问题转化为一维自相关函数的波形优化设计问题;最后,利用基于自相关函数最大旁瓣与均值旁瓣联合约束的波形优化方法对上述结论进行了验证.仿真实验验证了感知矩阵互相关系数与信号自相关函数的关系,且通过对波形的设计,实现了优化感知矩阵、提升信号稀疏重构性能的目的.

载频不同分布方式下RSF波形稀疏重构性能分析

鉴于当前基于压缩感知理论的稀疏重构方法大多针对的是载频服从离散均匀分布的随机步进频率信号,而对于载频服从其他分布的随机步进频率波形稀疏重构性能研究较少的实际,对载频不同分布方式下的随机步进频率波形稀疏重构性能进行了分析比较.首先,构建了随机步进频率波形统一的稀疏重构模型;然后,基于感知矩阵互相关系数的统计特性对不同载频分布下的重构性能进行了分析,得出载频分布方式决定了波形重构性能的结论.最后,为验证上述结论,提出了一种基于遗传算法的随机步进频率波形载频优化设计方法,提升了随机步进频率波形的稀疏重构性能.仿真结果对上述分析以及波形优化方法进行了验证.

一种基于交叉验证的稳健SL0目标参数提取算法

利用雷达目标在空间的稀疏特性,研究了一种基于压缩感知的伪随机频率步进雷达(compressive sensing based pseudo-random step frequency radar,CS-PRSFR)。首先,在分析CS-PRSFR目标回波的基础上,建立了目标参数提取模型;然后,针对在噪声统计特性未知时,传统稀疏信号重构算法无法适用的问题,提出一种基于交叉验证的稳健SL0(robust SL0based on cross validation,CV-RSL0)目标参数提取算法。CS-PRSFR由于其感知矩阵较强的非相关性,可获得更高的距离-速度联合分辨性能;该算法无需已知噪声统计特性,随着信噪比的提高,其目标参数提取性能能够快速逼近最佳估计的下限。仿真结果表明该方法的正确性和有效性。

基于RSF信号的高频雷达重构性能分析

基于压缩感知理论的随机步进频率高频雷达(Random Stepped Frequency High Frequency Radar,RSF HFR)稀疏重构性能受信号参数影响较大。针对上述问题,本文首先构建了RSF HFR二维稀疏重构模型。其次,利用感知矩阵互相关性能(最大互相关系数、平均互相关系数)对影响RSF HFR重构性能的因素进行分析,得出在相同合成带宽条件下,采用子脉冲随机步进方式、增加发射子脉冲个数的方式可以得到更好的RSF HFR二维稀疏重构性能的结论。最后,利用仿真实验对上述结论进行了验证。本文的研究为RSF HFR的波形设计提供了方向,具有重要的实际应用价值。

一种成像雷达的通信一体化信号设计与分析

雷达与通信系统一体化可以最大限度地利用雷达设备,使雷达的优良性能为通信服务.根据信号共享的原则,在保持成像雷达和通信各自功能实现的前提下,设计了一种基于随机频率步进调制的成像雷达通信一体化信号.该信号的设计方法是对发送的通信数据进行随机编码处理,然后将其调制到雷达载波的频点上发送出去,实现通信功能;而引入压缩感知理论后,采用这种信号仍能获得高分辨率的雷达图像,在一定功能上实现了成像雷达和通信的一体化.

高分辨率机载CW SAR系统分析与设计

文章从系统设计角度出发,介绍了连续波SAR中几种常用的信号波形,分析它们各自的优缺点;对系统主要参数选择和估计进行详细分析;推导了CW SAR图像信噪比公式;分析了影响系统信噪比的各个因素;最后给出两种典型的连续波SAR的系统结构框图,为设计和实现CW SAR系统以及对SAR图像进行性能评估提供理论依据。