距离角度失配条件下的FDA-MIMO雷达运动目标检测算法

频控阵-多输入多输出(Frequency Diverse Array-Multiple Input Multiple Output,FDA-MIMO)雷达是一种新体制雷达,其发射频率分集特性带来了额外的距离维信息,然而采样误差同样带来了导向矢量失配的问题,不仅如此,角度误差的存在也会进一步加重导向矢量的失配,极大地影响检测器的检测性能。此外,目标速度过快也会对FDA-MIMO雷达的目标检测性能产生影响。速度带来的影响具体表现在两个方面:一方面会导致目标的距离走动,从而导致不同慢时间的回波包络不能对齐,无法相干积累;二是频率增量引起的多普勒扩展,使得不同发射通道的多普勒频率不一样,这会进一步影响检测性能。针对上述问题,本文针对运动目标情况下的目标检测问题进行研究,为了解决目标运动带来的距离徙动和多普勒扩展效应,引入Keystone变换进行校正。此外,为了提升阵列失配条件下的目标检测性能,本文引入子空间模型,提出了距离角度失配情况下的子空间构建方法,并基于广义似然比检验(Generalized Likelihood Ratio Test,GLRT)准则推导了FDA-MIMO雷达在距离和角度失配条件下的自适应检测器。仿真结果表明:在高斯白噪声背景下,所提算法可以校正运动目标在速度较快情况下导致的距离徙动和多普勒扩展效应,且在阵列距离和角度失配条件下的检测性能优于传统的GLRT检测器。此外本文所提Keystone-空域处理检测器与Keystone-全空时处理检测器的性能接近,且计算复杂度更低。

基于MVDR波束形成的FDA平台外干扰抑制

针对频控阵(frequency diverse array,FDA)在对与目标位置相近的平台外干扰进行抑制时,传统FDA与非线性频偏结合不能实现距离-角度去耦合、对数递增FDA主瓣展宽较大和汉明窗加权FDA距离维旁瓣过高的问题,在充分研究汉明窗加权的线性FDA(Hamming linear FDA,HL-FDA)方案的基础上,对4种频偏方案的性能进行了分析,提出采用FDA多输入多输出结构代替传统的一维均匀线性FDA结构,通过结合最小方差无失真响应(minimum variance distortion free respinse,MVDR)准则,将HL-FDA应用到MVDR自适应波束形成层面,对平台外干扰进行抑制。仿真验证了HL-FDA在结合MVDR自适应波束形成算法后能有效地对抗距离-角度二维平台外干扰。

FDA干扰技术进展及前景综述

不同于相控阵的发射波束只有角度依赖性,频控阵通过在阵元间附加一个频偏,使其发射波束具有距离-角度二维依赖性,可以同时解决波束发射时的角度指向和距离指向问题,这使得频控阵雷达在电子干扰领域具有独特的应用优势。基于此,介绍了频控阵雷达的模型和干扰原理,全面梳理了频控阵雷达干扰领域的研究进展,对频控阵雷达干扰的主要技术进行了系统性总结,分析了频控阵雷达在干扰领域的主要应用前景。结果表明,频控阵通过在距离维上增加一个自由度,使其具有良好的电子干扰效果。

天线阵列近场FDA技术研究

频率分集阵(FDA)是近年来提出的一种阵列信号处理新技术,它能够形成具有距离-角度相关性特征的辐射合成波束,克服传统相控阵天线不能有效控制波束的距离-角度指向的难题,此外还有很多独特的应用优势,成为未来先进雷达发展的重要技术方向之一。本文在传统频率分集阵列研究的基础上,提出了适应天线阵列近场条件的FDA新数学算法,针对阵列近场条件,首先利用经典近场的菲涅尔近似以及新近提出基于差分迭代近似两种方法推导,得到近场FDA波束的不同表达新算法结构,其次针对新提出算法的数学关系式中距离、角度等关键参数特征分析,针对其中距离-角度耦合关系等深入讨论,再次开展数值计算和算法仿真对比,实验结果表明:新提出的算法解决了FDA近场条件使用的模型条件限制,算法较好地解释了近场时距离-角度参数非线性耦合或独立关系,可以较好地支撑未来天线阵列近场,FDA各种应用的深入分析与研究需要。

阵元与阵间频偏联合设计的FDA解模糊成像

与传统相控阵(phased array, PA)相比,频率分集阵列(frequency diverse array, FDA)可以通过发射窄带信号获得宽带观测效果。然而,FDA波束方向图的距离角度耦合会带来模糊问题,解决耦合问题成为FDA成像的关键问题之一。为解决耦合问题,提出了一种基于阵元内频率偏置和阵元间频率偏置联合设计的FDA结构,阵元内发射多组频率偏移不同的信号,并通过调整阵元内和阵元间的频率偏置将传输能量聚焦在期望的距离-角度区域来实现距离-角度解耦。利用所设计的FDA结构,无需依赖复杂的图像重建算法解决了目标的模糊性问题,实现多目标解除模糊成像。通过仿真实验结果验证了该模型对距离-角度解耦和目标解除模糊成像的有效性。

FDA对比幅法单脉冲测向的角度欺骗

基于相控阵的干扰机在对目标雷达施放干扰的过程中,其辐射信号会被敌方的无源探测雷达所捕获。基于频率分集阵列(FDA)干扰机结构,提出一种针对敌方相邻天线比幅单脉冲测向系统的角度欺骗方法。首先,在建立FDA模型的基础上计算出FDA雷达的半功率波束宽度。然后,将半功率波束宽度代入相邻天线比幅单脉冲测向系统,通过仿真,系统分析了FDA干扰机对比幅法无源测向系统的角度欺骗效果及误差影响。仿真结果表明,远场条件下,FDA干扰机对测向系统具有良好的角度欺骗效果。

原发性上斜肌亢进眼球客观旋转与近立体视功能的分析

目的:探讨原发性上斜肌亢进(PSOOA)患者眼球客观旋转与双眼近立体视功能之间的关系。方法:回顾性研究。收集2019-01/2023-11于我院行斜视手术并存在PSOOA的斜视患者共59例,采集眼底照相图片,根据黄斑中心凹与视乳头水平经线的相对位置将眼球分为内旋、外旋和无旋转组,进一步测量黄斑-视乳头夹角(FDA),并分析眼球客观旋转情况及FDA与患者近立体视功能的关系。结果:患者59例92眼存在上斜肌亢进。眼球外旋0例,眼球无旋转32例,眼球内旋27例,眼球无旋转组双眼总FDA明显小于眼球内旋组(2.83°±2.89°vs 16.12°±5.74°,P<0.001)。眼球无旋转组和内旋组近立体视保存率分别为66%和15%,差异显著(P<0.001);眼球无旋转组和内旋组精细近立体视保存率分别为38%和11%,差异显著(P=0.02)。所有患者近立体视与双眼总FDA存在相关性(r=-0.526,P<0.001),与内旋眼FDA相关性最大(r=-0.546,P<0.001);眼球内旋组近立体视与双眼总FDA无相关性(r=-0.366,P=0.060),与内旋眼FDA和亢进眼FDA负相关(r=-0.424,P=0.028;r=-0.485,P=0.010);眼球无旋转组近立体视与双眼总FDA、主导眼FDA、非主导眼FDA、亢进眼FDA和非亢进眼FDA均无相关性。结论:PSOOA患者出现眼球内旋者较眼球无旋转者近立体视功能保存率更低,近立体视功能与双眼总FDA负相关,尤其是内旋眼和亢进眼FDA越大,近立体视功能越差。

双基地FDA-MIMO雷达角度、距离及速度无模糊估计方法

在传统的相控阵雷达中,由于受到脉冲重复周期(PRF)的限制,距离估计精度和速度估计精度往往难以同时得到提高.该文将频控阵(FDA)和双基地多输入多输出(MIMO)雷达相结合,提出了一种基于双基地FDA-MIMO雷达的角度、距离及速度联合估计方法.文章首先利用FDA技术,使得雷达的发射矢量中包含目标的角度、距离甚至速度信息.然后提出了基于子阵的波形设计和解耦合算法以对发射矢量中距离-速度进行解耦合处理,并利用传统的子空间类算法对目标的发射角(DOD)、接收角(DOA)、距离和速度进行估计,最后文章提出了基于FDA的解模糊方法以解决距离和速度模糊问题.另外,该文推导了该方法下参数估计的克拉美罗界(CRB)并分析了其性能.仿真结果验证了所提出方法的能够对目标的角度、距离和速度进行无模糊的联合估计.

基于BSS的FDA-MIMO雷达主瓣欺骗式干扰抑制方法

主瓣欺骗式干扰与目标位于同一个波束宽度内,严重影响了雷达对真实目标的检测与参数估计。针对此问题,基于频率分集阵列多输入多输出(frequency diversity array multiple input multiple output,FDA-MIMO)雷达,提出了一种抑制主瓣欺骗式干扰的方法。所提方法的主要突破点在于,当干扰和目标的角度完全相同时,利用FDA-MIMO雷达天线方向图的距离角度二维依赖性,进一步通过基于最大信噪比(maximum signal to noise ratio,MSNR)的盲源分离(blind source separation,BSS)算法将干扰和目标分离在不同的通道,以达到抑制干扰的目的。该方法无需目标的距离、角度先验信息。仿真实验验证了所提算法的有效性,当干噪比(jamming to noise ratio,JNR)为80 dB时,目标的正确检测概率约为0.98。

基于FDA-MIMO雷达的主瓣SMSP干扰空时域联合抑制方法

主瓣干扰由于与真实目标位于同一个雷达波束宽度,不仅会严重降低雷达对真实目标的检测与跟踪性能,更难以在波束层面上受到抑制。来自主瓣的频谱弥散(smeared spectrum,SMSP)干扰可以在时频域对目标信号进行遮盖,更可在空域上形成多个具有欺骗效果的假目标。针对此问题,提出一种基于频控阵-多输入多输出雷达的空时域联合抑制方法,利用盲源分离算法将目标与干扰分离在不同通道,在获得目标距离信息后进行距离角度联合波束形成,以提高输入信干噪比。该方法可以在不具有目标的距离先验信息条件下有效抑制主瓣SMSP干扰,因此具有很好的适用性,仿真实验验证了所提方法的有效性。

FDA-MIMO雷达目标距离、角度及未知互耦参数估计

针对频控阵多输入多输(frequency diverse array multiple input multiple output,FDA-MIMO)雷达阵列间存在未知互耦合情况的参数估计问题,提出一种基于数据转换的二维多重信号分类方法。首先,构造了存在未知互耦合影响的接收信号模型。然后,通过子空间分解的方法得到用于参数估计的谱函数,并且采用数据转换的方法来解决谱函数由于未知耦合矩阵存在而失真的问题。最后,利用得到的目标距离和角度参数的估计值,通过类似线性约束最小方差重构优化问题,估计出耦合系数矩阵。仿真结果验证了所提方法的有效性,能准确估计阵列间存在未知互耦合效应时的参数和互耦合系数。

基于图信号处理的频控阵雷达目标定位方法

针对现代雷达应用对目标高精度测角和测距的需求,该文将图信号处理(GSP)应用于频控阵(FDA)雷达目标定位中,提出一种基于图信号处理的频控阵雷达目标定位新方法。首先,基于频控阵雷达几何模型及回波数据间的信号关联性构建回波数据的图信号模型,进而利用图傅里叶变换对上述图信号作图谱分解,构建2维谱峰搜索优化函数,最终有效获得目标的方位角-距离联合估计。仿真实验结果表明,该算法能够正确估计出目标的方位角和距离信息;在相同仿真条件下,算法的估计精度优于同类算法且提升了对弱目标的定位性能。

基于Zadoff-Chu序列的频控阵稳健波束成形方法

不同于传统相控阵,频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)在所有阵元间引入频率偏差,可以生成具有精准指向特性的点状辐射方向图,有效克服传统相控阵方位角相关性导致的接收方向射频信号安全性下降的问题。作为与传统相控阵的本质区别,FDA阵元频偏设置直接影响FDA辐射方向图的形状。为了生成理想的点状方向图,提出了一种Zadoff-Chu FDA(ZC-FDA)稳健波束成形方案,利用Zadoff-Chu序列调整阵元频偏,消除FDA辐射方向图周期性,抑制距离-方位角耦合性。与现有FDA系统相比,ZC-FDA方案在理想点状辐射方向图生成和波束旁瓣水平抑制方面具有明显优势。

基于差分阵列的频控阵雷达距离-角度联合估计

提出一种频控阵雷达目标距离-角度联合估计的子阵方案,以解决基本频控阵雷达由于距离和方位角耦合而不能直接实现目标距离和方位角二维联合估计的问题。方案将整个阵列分为两个子阵列,且两个子阵列采用不同的频偏。为了扩展阵列孔径,子阵列均采用差分阵列结构。当采用接收数据的二阶统计量进行处理时,N个实际物理阵元可提供O(N^2)维的自由度。由于两个子阵列对距离和角度维的解耦能力,目标可利用基于子空间的多信号分类算法被定位。目标估计性能是通过分析相对于信噪比的克拉美罗下限来检验的。最后,由数值仿真结果验证了方法的有效性。

频率分集阵列的距离角度解耦的波束形成（英文）

常规频率分集雷达(FDA)在发射阵元采用均匀的频率间隔,从而可以形成距离-角度耦合的波束方向图。但是该方向图在多个距离上均形成多峰值波束,当干扰位于任一波束最大指向的距离时,将会带来信干噪比损失。针对上述问题,该文通过分析波束形成的表达式,从原理上提出一个关于频率分集雷达阵列配置的基本原则,能够在指定的距离角度范围内,形成单峰值的波束方向图。几种特例和仿真结果均证明了该原则的有效性。

相干频率分集阵雷达匹配滤波器设计

相干波形频率分集阵(frequency diverse array,FDA)雷达通过引入阵元间的频率差异,在观测空间中形成距离-角度-时间依赖的发射方向图。针对相干FDA雷达体制回波接收处理的问题,提出了角度-时间二维匹配滤波器,同时实现了快时间波形匹配和等效发射波束形成,不同于传统匹配滤波器。并进一步考虑某些应用情况下,通过设计匹配时间窗,提出了分段匹配的二维匹配滤波接收处理方法。将雷达脉冲时间划分为多个子脉冲接收时间窗,并采用发射方向图调制的角度-时间二维匹配滤波函数对回波信号进行相干积累。仿真实验给出了所提接收处理方法的性能验证。

频率分集阵列及其研究进展

与只提供角度依赖天线方向图的相控阵不同,频率分集阵列(FDA)在每个阵元上引入了载频差,以提供距离-角度相关的天线方向图,这使得FDA具有抑制距离模糊杂波、抗距离依赖性干扰等相控阵没有的优点。简要介绍了FDA的基本原理、波束形成和接收处理机制,梳理了FDA的研究进展,主要包括目标位置估计、FDA与MIMO雷达结合抗干扰、在SAR成像中的应用以及机载雷达距离模糊杂波抑制等4个方面,最后分析了FDA雷达在实际应用中所面临的两个关键问题以及应用前景。

频率分集阵列对干涉仪的角度欺骗效果

针对干涉仪的测向隐蔽性问题,提出了一种基于频率分集阵列(FDA)对干涉仪的角度欺骗方法。干涉仪通过求取各天线接收到信号的相位差确定信号到达角,而FDA由于各阵元具有微小频偏造成其相位差并不满足求解关系,从而实现角度欺骗。首先,利用模型建立法和欧拉公式法2种方法建立了FDA波束相位模型;然后,从建立的2种模型出发,论证了FDA发出信号对干涉仪具有角度欺骗效果;最后,仿真分析了干扰距离、阵元间距、发射频率、频率增量等因素的影响。理论分析与仿真结果表明,FDA对处于远场的干涉仪目标有良好的欺骗效果。

间歇性外斜视患者眼球旋转状态与近立体视功能关系研究

目的 通过观察间歇性外斜视患者眼球旋转状态与近立体视功能的关系,探讨眼球旋转状态对立体视功能的影响.方法 临床回顾性研究.筛选110例2013年1月至2014年1月在天津市眼科医院就诊的间歇性外斜视患者,采集眼底相照片,根据眼底相将眼球分为眼球旋转（内旋、外旋）和正常,并通过CDA计算视盘-黄斑中心凹夹角FDA.分析眼球旋转状态与近立体视功能的关系.结果 在110例间歇性外斜视患者中眼球旋转有25例,间歇性外斜视患者FDA与正常对照组对比存在差异有统计学意义（P＜0.05）.存在眼球旋转的间歇性外斜视患者的立体视功能低于无眼球旋转患者的立体视功能,两者存在差异统计学意义（P＜0.05）.间歇性外斜视患者主导眼客观旋转度与立体视功能具有显著相关性（r =0.311,P=0.001）.结论 间歇性外斜视患者眼球旋转状态与立体视功能损伤具有一定相关性,可以辅助评价间歇性外斜视严重程度.