一种适用于雷达侦测的UWB-SOSCA算法

针对宽带雷达检测门限值设置难度大、系统复杂度高、实时性差等问题,提出了一种UWB-SOSCA(Ultra-Wide Band-Smallest of Ordered Statistics and Cell Average)检测算法。该算法主要包括多相滤波、SOSCA恒虚警检测和二元积累。其中,多相滤波将宽带信号划分为多个子信道,降低通道速率;SOSCA恒虚警检测分别对各子信道进行自适应门限调整,提高各子信道检测概率;二元积累对各子信道的检测结果进行时域联合,优化宽带时域连续检测性能。实验结果表明,在信噪比等于7.33 dB,虚警概率为10~(-5)时,SOSCA恒虚警检测算法与传统恒虚警算法相比,检测概率可提升14%;当多相滤波输入信噪比为-5 dB时,UWB-SOSCA算法的宽带线性调频信号脉冲宽度测量偏差优于6.5 ns。该算法具有大监视带宽、大动态范围和高检测概率,可广泛应用于侦察接收机的雷达侦测工作。

一种稳健的频率步进SAR距离向栅瓣抑制方法

频率步进合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的系统传递函数中存在幅度和相位误差(Magnitude Error and Phase Error,MEPE),通过宽带合成操作在距离宽带信号中引入了周期性MEPE,从而导致宽带合成后的高分辨率距离像(HRRP)中出现周期性栅瓣。经过后续SAR成像处理,这些周期性栅瓣在图像中表现为虚假目标,严重影响SAR图像目标的检测与识别。为此,基于SAR图像的栅瓣抑制(Grating Lobe Suppression,GLS)算法被提出,其基于点状目标假设,利用SAR图像中的强点目标实现图像栅瓣的有效抑制。然而,对于非点状目标场景,已有基于SAR图像的GLS算法的性能显著下降,而且会引起图像散焦。因此,文中提出了一种基于目标信息差异的GLS算法,取名为目标信息差异法。该算法不基于点状目标假设,通过估计宽带合成后的理想HRRP与实际HRRP之间的信息差异,稳健地估计出合成宽带信号中的周期性MEPE。通过补偿该周期性MEPE,该算法可以将频率步进SAR距离向栅瓣抑制到图像的背景水平。通过对不同GLS算法进行性能对比发现,所提GLS算法受图像信杂比影响小,且同时适用于非点状目标和点状目标场景,相比已有GLS算法具有明显的优势。实测数据处理结果证明了所提方法的有效性和相对已有GLS算法的优越性。

Broadband printed antennas and dual-polarized microstrip and waveguide slot antenna arrays

In order to meet the urgent needs in wireless communications, microwave image synthetic aperture radars （SAR）, and electronic warfare systems, this dissertation studies several types of broadband dual-polarized planar antenna elements and arrays, and proposes a few of novel designs with experimental verification. The main accomplishments reported in the dissertation are as follows.

宽带高功率谐波雷达发射机的设计与实现

近年来雷达探测技术在各个领域发展取得了飞跃发展,广泛应用于军事、民用等方面,谐波雷达由于其非接触性、穿透性和便携性等优点而引发人们关注。为了提高发射机的探测距离分辨率和抗电磁干扰能力,提出了一种宽带高功率谐波雷达发射机的设计方案,对发射前端的功放、天线等关键器件给出了具体的设计过程。通过对谐波雷达发射前端系统的仿真与分析,实物制作与测试,验证了方案的可行性。

机载宽带雷达的数据重组空时自适应处理方法

机载宽带雷达具有更高的距离分辨率,有利于目标成像或识别。但是,提高分辨率也使目标信号和杂波信号在脉冲间和(或)阵元间距离走动量增加。若采用窄带空时自适应处理方法,则会导致输出信杂噪比严重下降。针对上述问题,提出了一种数据重组空时自适应处理方法。首先,针对待检测速度-角度重组回波数据,使不同脉冲及阵元的目标信号包络对齐;然后,进行距离维数据重组空时处理,并将输出信号作为检验统计量;最后,给出目标角度和速度搜索方法。所提方法降低了相干积累后的目标能量损失,提高了目标检测和杂波抑制性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。

基于超材料的低RCS微带天线设计

近年来,电磁超材料因具有灵活调控电磁波的能力而被广泛应用在天线雷达散射截面(Radar Cross section,RCS)减缩设计中。实现天线RCS值减缩设计的难点是在不影响天线自身辐射特性的条件下,有效拓展天线RCS值减缩带宽。为此,基于超材料的完美吸波电磁特性,通过多个方环形结构以及加载多个电阻实现宽频带设计,设计一个超宽频带单层超材料吸波单元,将其应用在天线低RCS值设计中,设计一款适用于无人机通信频段的低RCS微带天线。通过仿真测试对设计天线和参考天线进行对比,结果表明,设计的天线在保证自身辐射特性不变的情况下,能够在6.5~18 GHz频带内实现大于10 dB的减缩效果,为该领域的研究提供了一种新方法。

基于相位梯度的超宽带RCS减缩超表面设计

针对雷达散射截面(radar cross section,RCS)减缩带宽受限的问题,提出了一种具有超宽带RCS减缩性能的相位梯度超表面(phase gradient metasurfaces,PGMs)。宽带反射型PGMs单元由1个十字形和3个方形环组成,PGMs整体结构由4个一维PGMs子阵按照顺序旋转排布方式组成。一方面,一维PGMs子阵使垂直入射的电磁波发生异常反射,实现了超宽带RCS减缩;另一方面,顺序旋转排布方式使反射电磁波向四周均匀扩散且PGMs体现出极化不敏感特性。仿真与测试结果表明:与同等尺寸金属相比,所设计的PGMs在10.2~28.96 GHz频带内RCS减缩值超过10 dB,最大减缩可以达到34.66 dB,相对带宽达到了95.81%,比文献中1个十字形和两个方形环组成的PGMs结构的RCS减缩相对带宽提高了17.8%,这为飞机,舰船等隐身技术提供了新的设计和方法。

基于逐级匹配技术的复合多层吸波材料优化设计

复合多层吸波材料除具备“薄、轻、宽、强”等要求外,快速有效的设计方法可大大缩短其研发应用时间周期,利于技术迭代升级。本文基于传输线理论和逐级匹配技术,控制复合多层吸波材料界面的电磁传输特性,设计实现满足材料应用指标要求的复合多层吸波材料。本文方法基于单频点提出,适用于单频及宽带设计要求。通过对实验室制备的多层吸波材料进行测试,得到在目标单频点反射率-30 dB及目标频带内平均反射率-35 dB的实测结果,验证了本文提出方法的正确性和有效性。本方法有望成为快速有效研发复合多层吸波材料的有效手段之一。

一种基于互信息的波形优化设计方法

将注水法改进成一种适用于杂波背景下的通用注水法,通过最大化目标回波与扩展目标特性之间的互信息降低目标特性的不确定性.然后把这种思想应用于目标识别波形优化问题,从而增加各类目标的可分性.仿真结果证明,相对于线性调频信号和注水信号,该方法优化波形可以得到更大的互信息,并能将目标识别率提高3%左右,在信杂噪比较低的时候提高更加明显.

针对目标识别的波形优化设计方法

针对宽带雷达多类目标识别波形优化中的方位敏感性、距离敏感性和初相不确定性问题,该文在高斯色噪声背景下提出一种基于遗传算法和最大滑动相关分类器的波形优化方法,简称为GASC方法。该方法定义目标回波和同类模板之间的匹配系数与该目标回波和异类模板之间匹配系数的差为匹配距离,以最大化各类目标之间的匹配距离的最小值作为优化准则,并约束发射信号幅度是恒定的,然后通过遗传算法进行求解,得到优化波形信号。仿真结果表明,与现有方法相比,该方法能更好地增加各类目标之间的可分性,进而提高目标的识别性能。

宽带雷达能量积累与信号检测方法研究

通过对宽带雷达信号目标回波特性的研究 ,在小信噪比情况下 ,对比分析了宽带雷达脉间相干积累和脉间非相干积累方法的性能 ,同时对多种不同信号检测方法在宽带雷达中的检测性能进行了对比研究。利用模拟的理想数据和实测数据进行仿真研究的结果表明 ,脉间、脉内均采用非相干积累的滑窗检测方法是一种性能稳定运算代价小的有效方法 ,且实现简单 ,有较强的工程应用价值。

滑窗检测在宽带雷达信号处理中的应用研究

对宽带雷达信号的目标回波特性进行了研究,分析了用窗内全部能量积累的方法进行滑窗检测时,窗口长度的变化对检测性能的影响。比较了脉间相干和非相干积累在宽带雷达中的性能。利用模拟的理想数据和实测数据进行仿真研究表明,幅度直接相加的脉间非相干积累方法性能稳定、运算量小,能够有效地提高输入信噪比。

宽带雷达Chirp回波的正交稀疏表示及其在压缩感知中的应用

信号的稀疏表示在信号处理中具有重要意义。该文给出了宽带雷达Chirp回波在一个正交字典上的稀疏表示。利用矩阵形式重新描述宽带雷达中常用的stretch处理,给出了正交字典。将Chirp回波的正交稀疏表示与压缩感知理论相结合应用,得到了Chirp回波的一种新采样机制:随机抽取。仿真数据实验表明,Chirp回波在正交字典上的稀疏表示效果优于其在Gabor原子组成的冗余字典的情况,同时正交字典上稀疏表示计算效率较高。实测数据实验验证了Chirp回波的随机抽取采样机制的可行性。

基于相位调制的宽带雷达波形优化方法

该文针对目标检测中宽带雷达信号发射-接收联合优化的问题,提出基于相位调制的宽带雷达波形优化方法。该方法充分发挥了雷达发射机的发射能力,即对于固定的发射机来说,以发射更大的能量来得到更大的输出信干噪比。仿真结果表明在同样的条件下,与已有方法相比,该方法输出信干噪比有1.8dB左右的提高,尤其是在杂波功率谱密度相对较小的时候效果更为明显。

一种并行AD采集系统的通道匹配误差研究

随着现代宽带雷达通讯的发展,对雷达回波信号的采集和目标的特征提取成为研究者关注的焦点。由于雷达回波的高频信号高达几十兆赫兹,时间交替采样模数转换器(ADC)系统便可在其中发挥重要作用,但这种结构会引入时间、增益和偏置3种主要的通道失配误差。该文对通道失配误差作了分析,建立了3种误差并存的非均匀采样信号频谱的数学模型,并在此基础上提出了该文的误差联合测量高效实时校正算法,最后在现场可编程门阵列(FPGA)中完成了整个算法的实现。

采样率对宽带LFM信号数字脉压的影响

宽带LFM(线性调频)信号数字脉压中,当采样率不能取得足够高时,在不同的采样率下脉压输出结果将发生变化。此时,采样起点和多普勒频率的变化也将影响脉压结果,并且两者对脉压结果的影响有一定的等效关系。通过较全面的仿真,为宽带LFM信号数字脉压的工程应用中合理选择采样率提供了参考。

宽带雷达信号的多通道低速率采样方法

对宽带雷达信号直接采样要求模数转换器具有高采样速率,这将导致采样精度降低并且难以实现。采用将宽带拟信号进行多通道、低速率采样的思路,提出了一种利用自适应波束形成技术恢复信号完整带宽的新方法。低整速率ADC将使采样后信号的频谱发生混叠,该方法将多通道频域采样输出看作阵列输出,利用稳健的自适应处理技术取出所有混叠的频谱,最后将它们拼接成完整的宽带信号。此方法可以同时实现低采样速率与高精度,而且对通道延迟及其它误差稳健。

宽带雷达信号检测技术研究

通过对宽带雷达目标回波的分析,总结了回波的主要特性,详细介绍了采用基于距离窗信息的双门限检测器方法对宽带雷达信号进行检测的方法。为了解决由于宽带数据率太高而导致后续信号处理系统的运算能力无法满足实时处理需求的矛盾,提出了一种为了减少宽带雷达数据率而采用的二次门限非相参积累的实用检测方案。

宽带微带天线技术的探讨

随着现代通信和雷达技术的飞速发展 ,宽频带技术已经成为当前微带天线的研究重点。概述了微带天线实现宽频带所采用的主要措施及各自的优缺点 。

基于宽窄带微多普勒融合的锥体目标三维重构

目标三维特征包含更为精细的结构和微动信息,以锥体弹头为研究对象,提出了一种基于宽、窄带混合体制雷达组网的锥体目标三维重构方法。首先建立锥体目标进动模型,详细分析了目标在不同体制雷达回波中的微多普勒调制特性,然后,使用改进的viterbi算法和最小二乘法对各散射中心的幅相信息进行提取和估计,并通过灰色关联度分析实现非理想散射中心的匹配。在此基础上,构建宽、窄带微多普勒信息融合方程组,解算出锥体目标的进动和结构参数,进而确定目标空间位置,实现三维重构。仿真结果表明,在信噪比为5dB情况下,目标的三维重构精度在91%左右。