基于星载气象雷达的非线性调频信号优化设计

随着天气观测、研究和规划的进展,气象雷达技术的开发工作取得了重大进展。脉冲压缩使新一代低成本、紧凑型星载天气雷达系统成为可能。为了抑制脉压带来的距离旁瓣,目标探测雷达通常采用基于幅度调制和失配滤波的方法,但由于其存在主瓣扩展和功率损失等缺点,不适用于气象观测。非线性调频(NLFM)信号可以调整其功率谱密度,在明显不降低信噪比的情况下提供较低的旁瓣输出。本文设计了一种新的波形优化框架。该框架通过多目标粒子群优化算法(MOPOS)构造了一种针对气象粒子目标的非线性调频(NLFM)脉冲压缩波形,实现了极低的距离旁瓣电平和较高的多普勒容限,可以显著地缓解非常有限的卫星峰值功率的限制和卫星平台运动导致的多普勒对系统影响。仿真实验结果表明:改进的非线性调频波形具有良好的性能。

一种改进的非线性调频信号波形设计方法

研究非线性调频信号波形设计方法 .依据相位逗留原理 ,采用动态优选法 ,给出了一种改进的非线性调频信号波形设计方法 .该方法可以根据脉冲压缩输出波形峰值主副比或者主瓣宽度的具体要求设计出更加实用的非线性调频信号波形 .增加了波形设计的灵活性 ,运算量小 ,设计速度快 .采用该方法设计的波形脉压输出主副比低 .设计算例结果表明了该方法的有效性 .

非线性调频信号参数估计算法

分析了非线性调频 (NLFM)信号参数估计问题 ,提出了利用二次相位差分使相位降阶 ,使 NLFM信号的参数估计转化为成熟的正弦波频率估计 ,而 NLFM信号参数估计算法从三维搜索简化为三次一维搜索 ,既减少了计算复杂度 ,又有利于工程实现 ;另外从正弦波频率估计问题出发推导出对信号参数 a3估计的最佳相关延迟量为 2 T/7,同时还考虑了延迟相关对信号信噪比的影响 ,发现一次延迟相关信号信噪比至少下降 3 d B,两次延迟相关至少下降 7d B,而且信噪比越小 ,下降越多 ,因此该算法适用于高信噪比条件。仿真结果表明 ,该算法在较高的信噪比条件 (RSN>2 d B)

改进多尺度Chirplet路径追踪算法在非线性调频信号估计中的应用

针对在低信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)下雷达非线性调频信号(Non-linear Frequency Modulation,NLFM)瞬时频率估计精度不足的问题,提出一种基于多尺度线调频小波路径追踪算法(Multi-scale Chirplet Path Pursuit,MCPP)的拟合方法估计信号的瞬时频率。首先,该方法将时频平面分成二进制动态时间支撑区并形成多尺度线调频(Chirp)原子函数库;然后在每一个时间支撑区选择一个投影系数最大的Chirp原子,按照连接原则进行最佳路径连接;最后按时间支撑区顺序提取每个Chirp原子的起始和终止频率,采用最小二乘法进行瞬时频率拟合。仿真表明该方法在低信噪比下可以提高信号瞬时频率估计的精度。

S型非线性调频信号及其多普勒频率范围

给出了 S型非线性调频信号的传递函数 ,由传递函数算出了群延迟、频谱函数和模糊函数表达式 ,并根据模糊函数获得了 S型调频信号的各项基本性能研究表明 ,只有小时间宽度的 S型调频信号才能得到有实用价值的多普勒频移宽度 。

基于DPT的非线性调频信号的DOA估计

提出了一种基于DPT的宽带非线性调频信号的DOA估计算法。首先将非线性调频(NLFM)信号建模为高阶多项式相位信号(PPS)模型,然后通过高阶瞬时矩进行多项式相位变换。接收信号将变换为单个正弦信号和新的噪声。再利用ROOT-MUSIC或者ESPRIT算法对变换得到的正弦信号的波达方向进行估计。理论分析和仿真结果表明,该方法计算量小,易于实现,且估计性能好。

低信噪比下非线性调频信号脉内特征提取新算法

信号脉内调制信息识别技术对密集和复杂电磁环境中辐射源的分选和识别有着重要意义。通过讨论小波变换法、伪威格纳威尔分布(PWD)法等典型非线性调频信号脉内特征提取方法,提出了将小波变换法和PWD法提取的结果进行截断综合,再提取时频图脊线的新算法。实现了在低信噪比条件下,准确提取非线性调频信号(NLFM)的脉内特征。对不同类型的调制信号仿真结果证实了算法的可行性。

非线性调频信号的自适应时频滤波算法

针对传统的时域或频域滤波算法对非线性调频信号滤波去噪效果不好的问题,本文提出了一种时频域内非线性调频信号的自适应滤波去噪算法。首先对原信号进行广义S变换获得其时频分布,接下来利用有效信号时频分布特性选取时频通域,构造区域滤波算子并去除掉时频通域外的噪声分量的时频分布;然后利用有效信号分量的时频聚集性构造自适应时频滤波算子,对含有随机噪声的有效信号分量进行滤波处理,得到滤波去噪后的信号的时频分布;最后利用广义S逆变换将处理后的时频分布变换到时间域,得到滤波去噪后的信号。通过仿真实验的结果可知,本文提出的算法在非线性调频信号的滤波去噪和有效特性保持方面取得了较好的效果。

基于FPGA的非线性调频信号脉冲压缩的实现

非线性调频信号在信号设计时即考虑到脉冲压缩信号距离旁瓣的抑制,无需在硬件实现中添加加权网络抑制距离旁瓣。文中介绍了非线性调频信号的设计方法,通过Matlab仿真验证了不同设计方法的非线性调频信号的脉冲压缩性能。并在FPGA仿真环境下实现了带宽30 MHz,采样率为100 MHz,输入信号量化位数为16 bit,时长为10.24μs的线性和非线性调频信号的脉冲压缩。

基于窗函数的非线性调频信号的设计和性能分析

非线性调频(NLFM)信号的脉压结果具有低旁瓣和高距离分辨力的良好特性,本文根据相位逗留原理利用窗函数或窗函数的组合设计各种NLFM信号的产生方法,并通过直接数字频率合成器(DDS)实现100MHz以下时宽、带宽、幅度可灵活控制的NLFM信号的产生。然后对实际信号进行数据采集和信号处理,分析它的各个性能指标以及讨论信号的优化问题。

基于加权高阶累积量切片的非线性调频信号增强算法

为了综合考虑高阶累积量各种切片抑制高斯噪声的性能,定义了加权高阶累积量切片,并给出了加权高阶累积量切片符号联合迭代公式,得到了基于加权高阶累积量切片的自适应谱线增强新算法。对该算法增强水下目标辐射的非线性调频信号的效果进行了仿真研究。仿真结果表明:该算法能抑制大约18dB～28dB的高斯色噪声;调整高阶累积量切片的加权系数,可获得抑制高斯色噪声的最佳效果。在工程实践中,具有重要的指导意义和实用价值。

基于多窗口时频重排的非线性调频信号时频结构分析方法

基于时频重排的高时频聚集性和多窗口分析方法低方差、高分辨率等优点,提出一种基于多窗口时频重排的非线性调频信号时频结构分析方法.该算法结合时频重排和多窗口分析方法,降低由重排振荡和噪声引起的波动,保持时频重排的高时频聚集性,同时清楚地展示了非线性调频信号的频率调制规律.仿真实验结果证实该方法对两个相距很近的二次多项式调频信号和实际的蝙蝠声纳信号都非常有效.

振幅调制-非线性调频信号测量声场的脉冲响应

提出采用振幅调制-非线性调频(AM-NLFM)信号测量声场的脉冲响应,AM-NLFM信号基于相位驻留原理的调制方法.该信号在测量声场脉冲响应时,具有良好的抗系统非线性失真和时变影响的能力,可以降低非周期傅里叶变换时的频谱泄漏,且可以根据任意频谱调制而能保持很低的波峰因数.实测表明该信号可以有效提高脉冲响应测量的速度与精度.该信号也可用于电声系统传递函数的测量中.

高斯频谱的非线性调频信号脉压性能分析

根据逗留相位原理,利用计算机仿真画出基于高斯频谱的非线性调频信号的时频域波形,并对该信号的脉压性能作了分析.研究表明,这种信号的主副瓣比远比线性调频信号要高,可达48.8dB.

一种基于非线性调频信号和空域编码的FDA雷达波形设计方法

频率分集阵列(FDA)雷达通过在不同发射阵元间引入微小的载频增量,实现发射方向图在脉冲持续时间内对大尺度空域的均匀连续扫描。然而FDA雷达方向图主瓣的扫描特性,使得其在一个方位角度位置的波束驻留时间缩短,积累带宽减小,从而降低其距离分辨率。针对上述问题该文提出了一种空时域联合的FDA雷达波形设计方法,通过引入阵元间的空域相位编码显著改善了相干FDA雷达的距离分辨率,同时在时域设计一种非线性调频波形获得了更低的距离旁瓣。该文从理论上分析了该方法的有效性,并通过仿真实验证明了该波形设计方法同时具有距离向高分辨和低峰值旁瓣比的优势,具有更好的一维距离向成像性能,并分析了其对高速运动目标的观测能力。

稀疏重构下的非线性调频信号参数估计算法

非线性调频信号广泛应用于雷达声纳领域,其具有多阶多项式相位、未知参数多的特点,给参数估计带来困难。针对此问题,本文提出一种稀疏重构下的非线性调频信号参数估计算法。该方法利用Gabor原子良好时频特性,以l1范数稀疏正则最小二乘模型为目标函数,并推导了问题的二阶锥规划(SOCP)形式,最终通过求解的Gabor原子进行参数估计。算法分析信号的时频特征,完成信号的分解重构,适应于各类调频信号。仿真实验证明,本文算法对调频信号二阶与一阶相位参数估计精度都贴近CRB,而对二阶参数的估计较二次相位差分算法更适应较低信噪比。

S型非线性调频信号的谱修正脉压研究

首先阐述了非线性调频信号的设计原理,介绍了S型非线性调频信号的波形设计方法。针对匹配后脉压主副比还不满足雷达工作的实际要求,对匹配后输出波形采用谱修正技术,对一组不同BT值的信号进行了仿真,与频域加窗方法进行了对比。仿真数据表明此方法提高了脉压后的主副比,且SNR损失和主瓣展宽小,有一定的实用性,并对其数字脉压的工程实现有一定的指导意义。

一种雷达非线性调频信号检测及仿真方法

由于雷达非线性调频(NLFM)信号的时频非线性分布特性,常规检测算法难以实现信号能量的有效聚集,传统采用NLFM信号检测时准确率较低,在低信噪比下甚至会失效。针对上述问题,应用了一种基于广义时宽-带宽积的最优窗函数,提出了一种改进的短时分数阶傅立叶变换瞬时频率估计算法。应用改进算法可有效提高非线性调频信号的检测性能,提高检测的准确率。仿真结果表明,在相同信噪比下,提出的方法对NLFM信号的检测概率高于传统方法,性能较好。

改进Chirplet时频原子的非线性调频信号分解

针对Chirplet时频原子对正弦类型的非线性调频信号的分解性能较弱的问题,提出一种改进的Chirplet时频原子.首先从理论上分析Chirplet时频原子对正弦类型的时频分布的失配问题,其次在Chirplet时频原子中加入正弦调频因子,使原子的时频曲线产生类正弦形状的弯曲性能,最后使用遗传算法代替匹配追踪算法,提高原子搜索效率.仿真实验结果表明,改进的Chirplet原子对于非线性调频信号的分解性能与Gabor、Chirplet和FMmlet原子相比,有了较大的提升.

一种非线性调频信号数字脉压性能分析

阐述了非线性调频信号产生的基本原理,并基于余弦四次方窗进行了非线性调频信号波形设计,分析了该非线性调频信号的多普勒容限及量化位数和采样频率对数字脉压的影响,仿真结果表明该非线性调频信号具有一定的优越性,并对其数字脉压的工程实现有一定指导意义。