基于频率分集阵列小埋体检测三维形貌成像方法

频率分集阵列(Frequency Diverse Array,简称FDA)在埋体管线的探测识别与成像中具有很大优势,利用其灵活的波束控制和信号处理性能,能够摆脱传统阵列发射信号限制,灵活接收和处理复杂信号。通过发出窄带信号进而获得宽带信号探测参数,大大降低操作成本,实现高效率、高精度、高性价比三维立体成像。现如今埋体管线探测成为城市发展中不可避免的痛点,小埋藏体检测成像更是难点问题。文章提出一种基于多进多出技术(Multiple-Input Multiple-Output,简称MIMO)的频率分集阵列三维合成孔径雷达(3D-FDA-MAR)成像方法,并将MIMO阵列引入频率分集阵列实现三维成像,建立了MIMO-FDA三维形貌成像模型。该多进多出频率分集阵列在三维空间中能够随平台运动而运动,在沿航向处得到综合孔径,根据切航向阵列能够获得仿真频率分集阵列平面,从而得到目标物成像的三维立体效果,实现精准定位,全空间透视探测,智能3D成像,小埋藏体的精准检测诊断。

基于均匀面阵的频控阵MIMO雷达无网格参数估计方法

现有的面阵场景下的频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)MIMO雷达参数估计方法大多需要进行谱峰搜索,因此面临计算复杂度高、估计精度不够准确等困难。针对这一问题,提出了一种基于均匀面阵FDA-MIMO雷达的无网格参数估计方法。首先推导了角度和距离解耦的均匀面阵FDA-MIMO雷达模型,其次提出了适用于该模型的基于低秩矩阵重构的优化问题,并推导了基于交替投影的算法实现,以加快计算速度。最后通过仿真实验验证了所提算法在计算复杂度较低的同时具有较高的估计精度。

Hardware Implementation and Simulations of Joint Coding and Modulation Diversity MIMO-OFDM Scheme

This paper presents an efficient Joint Coding and Modulation Diversity ( JCMD ) scheme. The proposed scheme applied modulation diversity technique to MIMO-OFDM system which can effectively use time, frequency and space diversity combined with channel coding. In fading channel,the proposed scheme not only achieves high spectral efficiency,but also greatly enhances the reliability of wireless transmission. The self- developed hardware prototype system proves that the proposed scheme can be realized and has high reliability. Compared with traditional MIMO-OFDM scheme based on bit-interleaved coded modulation ( BICM) ,software and hardware simulation results show that the proposed scheme with the optimal rotational angle can obtain a significant performance advantage both for precoded and non-precoded system in the condition of non-perfect channel knowledge and non-ideal synchronization.

SIGNAL CONSTELLATIONS DESIGN FOR DIFFERENTIAL UNITARY SPACE-TIME IN MIMO-OFDM SYSTEM OVER FREQUENCY-SELECTIVE FADING CHANNELS

In this paper, the design of signal constellations parameters is studied for Differential Unitary Space-Time Modulation (DUSTM) based on the design criterion of maximizing the diversity product. Further, noninteger searching method for the signal constellation parameters design is proposed in order to get better codes. Experimental results show that under the different Doppler spread and data transmission rate, the proposed design performs better than the previous design using integer parameters in Multiple Input Multiple Output Orthogonal Frequency Division Multiplexing (MIMO-OFDM) system over frequency-selective fading channels.

用于MIMO SC-FDE系统逼近分集接收界的迭代检测算法

为了提高MIMO SC-FDE系统的检测可靠性、降低系统复杂度,提出一种新的迭代干扰消除检测算法,并推导出分集接收界作为评价算法性能优劣的依据.该检测算法采用基本的线性均衡算法提供初始值,在迭代中尽量消除层间干扰,利用空间分集增益逐步提高检测可靠性.结果表明,该算法在4QAM调制方式下,E b/N 0为9 dB时逼近分集接收界;在16QAM调制方式下,E b/N 0为16 dB时逼近分集接收界.该算法一轮迭代的计算复杂度与发射天线的数目成线性关系,天线规模为3×3以上时算法复杂度低于V-BLAST.因此,所提算法适用于天线规模数大于等于3、调制进制数大于等于4的系统中,在倾向于采用large MIMO系统的5G及后5G时代具有高效性和实用性.

基于深度学习的FDA-MIMO雷达协方差矩阵缺失数据恢复方法

频控阵-多输入多输出(FDA-MIMO)雷达通过波束形成技术实现抗干扰的研究已经十分丰富。然而,在实际工作中,受元器件老化和存储设备容量等硬件因素的影响,计算得到的信号协方差矩阵可能会出现数据缺失的情况。为了克服协方差矩阵数据缺失对波束形成算法性能的影响,该文提出了一种基于深度学习的FDA-MIMO雷达协方差矩阵数据恢复方法,并建立了协方差矩阵恢复-自适应波束形成的两阶段处理框架;提出了一种双通道生成对抗网络(GAN)来解决矩阵数据恢复问题,该网络主要由鉴别器(D)和生成器(G)两部分组成:生成器主要功能是输出完整的矩阵数据,鉴别器则是判别数据为真实数据还是填补数据。整个网络通过鉴别器和生成器之间相互对抗使生成器生成样本接近于真实数据的分布,从而实现对协方差矩阵缺失数据的恢复。此外,考虑到协方差矩阵数据为复数,分别构造两个独立的GAN网络以满足矩阵数据实部和虚部的训练。最后,数值实验结果表明,协方差矩阵真实数据与恢复后的数据平均均方根误差仅为0.01量级,验证了所提方法能够有效恢复协方差矩阵的缺失数据。

基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法

针对频率分集阵列三维合成孔径雷达(3D-FDA-SAR)成像方法阵元数目多、阵元利用率低的问题,提出一种基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法。将3D-FDA-SAR切航迹向的频率分集阵列改为多输入多输出频率分集阵列,多输入多输出频率分集阵列随运动平台运动,在沿航迹向形成综合孔径,结合切航迹向的实阵列,合成虚拟二维频率分集阵列平面,获得对目标的下视三维成像能力。首先建立多输入多输出3D-FDA-SAR成像模型与信号模型,利用多输入多输出技术,在发射端发送波形正交信号单频窄带信号,在接收端通过全频接收方式,接收所有发射阵元经目标反射后的回波信号,经正交匹配滤波器进行信号分离,获得不同收发通道的回波数据,再利用后向投影算法对回波数据进行成像处理,最终获得目标的三维成像结果。仿真结果表明,基于多输入多输出阵列的3D-FDA-SAR成像方法使用少量阵元,提高了阵元利用率,获得了对下视目标的三维成像能力。

基于改进的盲源分离算法抗主瓣SMSP干扰

针对基于最大信噪比的盲源分离算法在信干噪比较差环境中无法有效分离信号和干扰的情况,提出了一种改进的基于最大信噪比的盲源分离算法,使用经过小波阈值去噪后的观测信号作为新的观测信号,重新构建最大信噪比目标函数,实现在高信噪比条件下的干扰分离。通过计算机仿真,在频率分集阵列-多输入多输出雷达系统中实现了在高信噪比条件下弥散干扰的分离。结果表明:相比于原始算法,改进后的算法能够很好地实现目标与干扰信号的分离。

稀疏多极化阵列设计研究进展与展望

相较于稀疏标量阵列和均匀多极化阵列,稀疏多极化阵列由于其可感知信号的极化状态、避免极化失配以及增加阵列自由度、减小互耦效应与降低硬件成本等优点,对其进行系统性研究具有重要的应用价值和理论指导意义。稀疏多极化阵列的设计较之于稀疏标量阵列的设计更加多样化,因其不仅与天线阵元位置有关,还与天线阵元极化种类和阵元指向等因素有关。该文首先对近年来该领域内相关研究进行归纳总结,从非均匀稀疏、均匀稀疏、混合均匀与非均匀稀疏3种稀疏方式出发,介绍和探究了主流稀疏多极化阵列结构优化方式,然后从基于深度学习的稀疏多极化阵列优化设计、稀疏多极化多输入多输出(MIMO)雷达、稀疏极化频率分集阵(PFDA)雷达和稀疏PFDA-MIMO雷达、稀疏多极化智能超表面以及稀疏多极化阵列在家居智能通信和工业物联网等复杂室内场景下的应用等方面对未来的发展方向进行了展望。

共形FDA-MIMO波束图综合

共形频控多输入多输出(Frequency diverse array multiple input and multiple output,FDA-MIMO)系统的波束图由俯仰角、方位角、距离三维信息控制,能够进一步提高系统的自由度。随着人们对高分辨目标探测性能以及高空气动力学性能的需求增加,研究共形FDA-MIMO阵列波束图综合方法很有意义。本文详细推导了共形FDAMIMO系统的信号建模和波束图分析的数学过程,并提出一种基于参数迭代的发射接收联合权向量优化算法以得到高分辨率的波束图。该算法首先建立一个二阶锥规划(Second-order cone programming,SOCP)模型,并利用交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)实现参数分离,原问题分为两个子问题。最后分别对各个子问题进行优化。数值仿真表明所提算法相比于传统算法性能更有优势,同时其收敛性得到验证。此外,为进一步分析系统特性,本文讨论了不同系统参数,如发射阵列阵元数、接收阵列阵元数、频控阵频偏大小以及不同频偏方式对本文所提算法下的波束图影响。

频率分集阵雷达技术探讨

频率分集阵(Frequency Diverse Array,FDA)雷达不同天线单元的发射载频存在微小的差异,从而带来了发射方向图距离角度时间依赖的特性,这一特性提供了FDA雷达新的信息和信号处理灵活度,也带了新的技术问题。该文综述了FDA天线技术及雷达应用的相关研究进展,并重点从雷达系统理论与工程应用的角度,着重分析了相干FDA雷达和正交FDA雷达两种体制的技术特点,指出FDA雷达在抗干扰、抗模糊中的应用优势,梳理了FDA雷达技术的难点和研究方向。

频率分集MIMO雷达信号优化设计

针对集中式多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达扩展目标检测识别问题,提出将多频阵列(multiple frequency array,MFA)应用到集中式MIMO雷达中来实现频率分集,增加自由度,在频域基于互信息量(mutual information,MI)优化不同频带天线上的功率分配以设计信号,针对目标依据雷达功率分配情况施放干扰以避免检测识别的情况,雷达在杂波及干扰环境下再次优化信号功率分配,实现雷达认知功能。仿真结果证明,优化信号可综合噪声、杂波及干扰统计特性重新调整功率分配,可提高目标频域响应和目标回波间互信息量,为改善目标检测识别性能奠定基础。

杂波背景下基于交替方向乘子法的低截获频控阵MIMO雷达收发联合优化方法

针对相控阵雷达无法有效实现特定区域能量控制的问题,该文提出一种杂波环境下基于交替方向乘子法(ADMM)的频控阵MIMO(FDA-MIMO)雷达低截获(LPI)优化设计方法。该方法的优化准则是在保证目标参数估计性能的条件下,通过联合设计发射波束和接收滤波器使FDA-MIMO雷达在目标2维(距离-方位)区域上辐射的能量尽量小,即尽可能地降低雷达被截获的概率;接着利用加权求和的方法将优化准则构造成多比例分式规划(FP)和的问题;然后利用循环迭代的方法,将优化问题转化成两个子优化问题;最后基于ADMM方法消除等式约束,并通过最小化2阶2次近似优化问题获得发射波束的闭合解。此外,也分析了该方法的计算复杂度。仿真部分通过输出信干燥比(SINR)、发射和接收方向图验证了该方法的有效性。

MIMO-SAR成像技术发展机遇与挑战

从军事应用及民用领域对合成孔径雷达(SAR)的新需求出发,分析了传统的SAR应对新需求所面临的技术困境;介绍了新体制多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)系统的技术优势和可能应用,以及在实际应用中可能面临的技术瓶颈。最后,重点介绍了同频码分MIMO-SAR技术瓶颈的主要解决方法。

频分MIMO雷达分解迭代稳健自适应波束形成算法

频率分集雷达因其独特的距离依赖波束特性而受到广泛关注。针对频率分集雷达稳健波束形成问题,本文建立了二维频分子孔径MIMO(FDS-MIMO)雷达阵列信号模型,理论导出了基于等效载频的权向量分解解析解,提出了一种分解迭代的稳健自适应波束形成算法。为解决距离依赖波束栅瓣导致的周期性输出信干噪比(SINR)损失的问题,进一步提出了一种沿平面阵两方向互质的频率偏置方案。仿真结果表明,与传统算法相比在导向矢量存在失配的情况下,本文所提方法能够有效抑制输出SINR周期性损失,且具有计算复杂度低,训练样本需求少,抗导向误差失配稳健性强等优点。

频率分集均匀圆阵MIMO雷达距离依赖波束形成

均匀圆阵(UCA)与多输入多输出(MIMO)雷达的结合可在具备UCA雷达主要优点的同时兼有MIMO雷达的优势。然而,UCA-MIMO雷达的波束形成与距离无关,该特点限制了其抑制特定距离干扰的性能。文中提出频率分集UCA-MIMO雷达距离依赖波束形成方法。该方法中UCA的每个阵元发射具有微小频率步进的不同频率,从而远场的信号积累与距离有关,进而波束形成依赖于距离。仿真实验表明了该方法的有效性。

基于FVE法的FDA-MIMO雷达主瓣密集假目标干扰抑制

针对频率分集多输入多输出(FDA-MIMO)雷达在目标导向矢量失配、训练数据包含期望信号的情况下,主瓣密集假目标干扰抑制性能急剧下降的问题,根据FDA-MIMO信号模型,给出了FDA-MIMO雷达密集假目标干扰抑制机理,提出了一种基于特征向量剔除法(FVE)的干扰抑制方法.仿真结果表明,与特征空间投影(ESB)方法相比,该方法在低信噪比和低快拍的条件下仍能输出较高的信干噪比,提升了主瓣干扰的抑制性能.

一种基于空时分组编码的MIMO-SC/FDE系统的接收空间分集方案

该文提出了一种基于空时分组编码的多输入多输出频域均衡单载波分组传输(MIMO-SC/FDE)系统的空间分集接收方案,通过在Huang(2004)提出的分集结构中引入使用空时分组编码的发射分集,弥补了因减少DFT块数目而造成的性能损失,同时在接收端进一步减少了IDFT块的数目;通过适当设计空时分组编码,还可以进一步提高数据传输速率。该文详细推导了使用空时分组编码后的处理过程,并对使用空时编码后的MIMO-SC/FDE系统和相应的MIMO-OFDM系统性能进行了仿真比较。仿真结果表明,MIMO-SC/FDE系统的性能从总体上优于MIMO-OFDM系统。

一种SC-FDE散射通信系统的MIMO技术方案

在使用2付发射天线、2付接收天线和2个发射频率的传统散射通信系统基础上,提出了一种应用于单载波频域均衡(SC-FDE)散射通信系统的多输入多输出(MIMO)技术方案,可以在保证4重分集的情况下提供2倍的数据传输速率。提出的MIMO技术方案只需在发射端增加2部发射机,不需改变接收机的射频支路结构,具有实现简单的优点。仿真表明,提出的MIMO技术方案在无信道编译码时的误比特率(BER)性能比相应的传统分集系统性能恶化约1.9dB,在进行(64,57)(64,57)Turbo乘积码编译码时的性能恶化只有1.6dB,因此,与使用单独的2套传统分集系统提供2倍的数据传输速率相比,分别具有1.1dB和1.4dB的功率增益,而且具有体积小、成本低的优点。

MIMO-OFDM系统空时编码技术的研究

结合现代移动通信系统的主要技术,主要针对多输入多输出天线系统(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)、正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术和空时编码技术进行了研究。首先介绍了MIMO技术的发展现状和基本原理;然后介绍了OFDM技术的发展现状和基本原理,并分析该技术的优缺点,分析MIMO-OFDM系统形成的必然性及该系统的关键技术;最后介绍了3种典型空时编码技术,即分层空时码、空时网格码和空时分组码的编译码原理,并利用MATLAB软件对上述内容进行了仿真分析和比较,从而得出MIMO技术、OFDM技术和空时编码技术的结合将是未来移动通信发展的方向。