Design of synthetic aperture radar low-intercept radio frequency stealth

Not confined to a certain point,such as waveform,this paper systematically studies the low-intercept radio frequency(RF)stealth design of synthetic aperture radar(SAR)from the system level.The study is carried out from two levels.In the first level,the maximum low-intercept range equation of the conventional SAR system is deduced firstly,and then the maximum low-intercept range equation of the multiple-input multiple-output SAR system is deduced.In the second level,the waveform design and imaging method of the low-intercept RF SAR system are given and verified by simulation.Finally,the main technical characteristics of the lowintercept RF stealth SAR system are given to guide the design of low-intercept RF stealth SAR system.

基于迭代二次优化算法的低截获波形序列设计

对抗条件下,低截获雷达通过发射特殊波形防止非合作电子侦察系统截获和检测其发射信号,是现代雷达技术的重点研究方向。该文旨在降低电子侦察系统的功率截获概率,在保证目标的辐射能量基础上,针对短时傅里叶变换(STFT)宽带数字侦察接收机特点,从能量的时频分布的角度将波形设计技术应用到无源对抗领域。首先,建立STFT宽带数字侦察接收机检测低截获模型,利用2次优化模型,将低截获问题转变为恒包络序列迭代优化问题;然后,为了获得较好的自相关性能,利用辅助标量,将优化模型转化为2次和形式,结合迭代算法得到了所提低截获波形序列;最后,讨论了计算复杂度。从仿真结果上看,所提序列比常见相位编码信号在相同的接收信噪比下具有更优的低截获能力,另外,引入Pareto权对所提序列的自相关特性进行控制,有效地提高了设计灵活性。

基于多特征融合的高机动多目标低截获概率跟踪技术

在多目标跟踪过程中,目标的高机动特性使得传统采用固定运动模型或交互式多模型的目标跟踪算法很难实时精确匹配目标运动模型,从而引起高机动目标的低跟踪精度问题。针对这一问题,本文提出一种基于目标运动状态模型自适应更新的高机动多目标跟踪算法。在多目标跟踪过程中,该算法采用多特征聚类融合算法进行目标运动模型估计,并根据各目标跟踪波动参数进行状态转移矩阵决策更新,同时利用联合概率数据关联实现多机动目标状态转移矩阵自适应更新的关联跟踪,从而解决了传统多目标跟踪算法因目标运动模型失配引起的低跟踪精度问题。在目标跟踪算法的传感器选择上,无源传感器不对外辐射能量,具有较好的低截获概率性能,但其跟踪精度有限,常不能满足多目标高跟踪精度的要求。雷达作为有源传感器,具有较高的跟踪精度。但由于雷达对外辐射信号,容易被防御方截获。针对这一问题,本文提出了一种无源传感器目标跟踪为主,有源雷达间歇跟踪为辅的多传感器协同管理目标跟踪算法。该算法通过对目标跟踪本征堆积误差的判断进行传感器的最优分配,并根据波动参数的大小进行状态转移矩阵决策更新。仿真结果验证了本文所提出的多传感器协同的高机动目标跟踪算法在满足高机动目标跟踪精度的条件下可以有效的提升雷达低截获概率性能。

基于FBMC-chirp的低截获探通一体化信号设计

面对快速发展的先进无源侦察技术,一体化信号除需具备较优的雷达探测和无线通信能力,还需满足抗截获和防窃听的需求,以提高一体化系统的生存能力和作战性能。多载波探通一体化信号的低截获设计已成为目前一体化信号研究的重要问题。针对传统低截获多载波探通一体化信号雷达分辨性能受限且未能同时兼顾通信有效性和可靠性要求的问题,本文在子载波复用的一体化多维信号框架下,研究了一种雷达和通信性能最小损失的低截获多载波探通一体化信号设计方法。首先,从提升时频资源利用率的角度,设计了一种基于滤波器组多载波技术的通信频谱分块功率优化和雷达梳状谱等功率优化的低截获多载波探通一体化信号时频结构。该结构通过分块的方式降低了通信信号的峰均比,提升了通信信号的低截获性能。然后在此基础上,以雷达互信息和通信信道容量为约束条件,以最小化信号总功率为优化目标,建立了雷达子载波功率和通信分块子载波功率联合优化模型。本文将该优化模型转化成一个凸二次规划问题,并采用信赖域方法对该优化问题进行求解。实验结果表明,本文所设计的低截获多载波探通一体化信号不仅具有较优的雷达探测和分辨性能,以及较好的无线通信性能,而且具有较优的低截获性能。

苏芡——草鱼共生绿色、低碳、生态种养新模式

为缓解苏芡前期虫、萍及丝状藻类等生物的为害,减少农药用量,积极尝试生物防控、绿色生态种养新技术,探索发现在苏芡定植前后15d向田中投放规格170~400尾/kg的草鱼,每667m^(2)放养0.5~1.1kg,进行萍害和藻类的拦截,成功率可以达到95%以上,且早期无虫害发生。该技术可实现每667m^(2)减少农药使用2次,同时,节省了捞萍、打药等用工成本,平均每667m^(2)增收节支399~511元,生态、社会、经济效益十分显著,推广应用前景广阔。

射频隐身仿真分析和评估研究

当前对飞行器平台射频隐身的重视度越来越高,为了贴合实际地分析评估射频隐身性能,提出了一种用于多机协同传感器信号级联合仿真的评估方法。结合射频特征、低被截获性能表征指标以及作战场景、飞行器平台、雷达模型、截获接收机模型和低被截获性能分析算法模型,构建了可以用来对多机协同等作战样式下的射频隐身性能进行分析评估的仿真系统,为射频隐身设计提供支撑依据与评估验证环境。针对信息量大、复杂度高的表征参量计算模型,研究其近似快速算法,提高仿真系统的实用性。

基于分层强化学习的低过载比拦截制导律

为解决低过载比和纯角度量测等约束下的三维机动目标拦截制导问题,提出了一种基于分层强化学习的拦截制导律。首先将问题建模为马尔科夫决策过程模型,并考虑拦截能量消耗与弹目视线角速率,设计了一种启发式奖赏函数。其次通过构建具有双层结构的策略网络,并利用上层策略规划阶段性子目标来指导下层策略生成所需的制导指令,实现了拦截交战过程中的视线角速率收敛,以保证能成功拦截机动目标。仿真结果验证了所提出的方法较增强比例导引具有更高的拦截精度和拦截概率,且拦截过程的需用过载更低。

基于Jaya算法的LPI雷达波形设计

随着侦察设备与雷达之间的对抗加剧,雷达系统的射频隐身性能直接影响到武器装备的作战能力和生存能力,低截获概率雷达技术逐渐成为研究热点。文中研究了使用信息论在频域上设计低截获概率雷达波形的方法,利用Jaya算法实现了在满足一定的雷达探测性能前提下,最小化截获接收机性能的波形优化设计。考虑到该算法是不受约束的优化过程,利用罚函数将约束条件合并到适应度函数中。仿真结果表明所提方法不受初始值选择的影响,与传统算法在恰当选取初值后的优化效果相当,具有更高的普适性和稳定性。

基于CNN-Swin Transformer Network的LPI雷达信号识别

针对在低信噪比(SNR)条件下,低截获概率雷达信号调制方式识别准确率低的问题,提出一种基于Transformer和卷积神经网络(CNN)的雷达信号识别方法。首先,引入Swin Transformer模型并在模型前端设计CNN特征提取层构建了CNN+Swin Transformer网络(CSTN),然后利用时频分析获取雷达信号的时频特征,对图像进行预处理后输入CSTN模型进行训练,由网络的底部到顶部不断提取图像更丰富的语义信息,最后通过Softmax分类器对六类不同调制方式信号进行分类识别。仿真实验表明:在SNR为-18 dB时,该方法对六类典型雷达信号的平均识别率达到了94.26%,证明了所提方法的可行性。

库尔勒香梨的光能截获率及冠层结构优化

【目的】调查库尔勒香梨5种树形的冠层结构,分析不同树形冠层内的光照分布差异,建立光截获量日变化模型,计算光能截获率,明确库尔勒香梨冠层结构的调控方法和目标参数,为高光效树形培育提供参考依据。【方法】以不同树形的库尔勒香梨为试材,测定冠层结构参数和不同部位的光合有效辐射(photosynthetic effective radiation,PAR),基于象限思维构建三维空间,绘制光分布图,建立光能截获评价指标体系,计算光截获量和光能截获率,通过相关性分析和主成分分析,明确影响光能截获的主要冠层结构和调控方法。【结果】(1)大圆柱形的地径、平均枝粗较大,存在枝干比失调的主枝。圆柱形冠层上下的分枝数和枝粗更加均匀。窄圆柱形的分枝数、枝总长、平均枝长显著低于圆柱形。矮圆柱形的树高显著降低,其余参数与窄圆柱形相似。细长纺锤形的地径、平均枝长、平均枝粗、平均枝角、平均枝间距显著低于圆柱形,但短枝占比显著增加。(2)离主干距离和高度是影响冠层光截获量(light interception,LI)的主要因素,离主干100 cm处的平均光截获量(average light interception,ALI)显著提高,达到572μmol·m^(-2)·s^(-1),约为内膛的2倍,220 cm以下的光照条件均较差。南、北、东南、西南侧为高光区,西、东、东北、西北侧为低光区,ALI日变化可以大致分为5个时段。(3)树形变窄、变矮,可显著增加内膛ALI,显著增加各层或部分层次的ALI,显著增加所有或部分方位的ALI,显著增加部分时段的ALI。(4)细长纺锤形的单日累积光截获量(cumulative light interception,CLI)为22.2 mol·m^(-2),群体CLI为3 712 mol/667 m^(2),光能截获率(light interception rate,LIR)为35.6%,显著高于其他树形,其低光区占比(proportion of low light area,PLL)为50.9%,显著低于其他树形。(5)与光能截获率显著正相关的冠层结构参数有5个,显著负相关的冠层结构参数有15个。【结论】短枝占比是影响库尔勒香梨光能截获率的最主要参数,枝长是影响低光区占比的最主要参数。控制树高和冠幅可以提高光能截获率和光照分布的均匀度。细长纺锤形的冠层光分布更加均匀,光能截获率最高,可保持较多的分枝数和较大的短枝占比,降低平均枝长,改善冠层光照水平。

雷达低截获技术应用

采用多种综合措施,合理对雷达实行功率管理,低旁瓣或超低旁瓣天线,大时宽大带宽的雷达信号波形,相参积累,相位编码脉冲压缩雷达的中断调频连续波雷达和准连续波雷达体制等措施。实现雷达低截获性能,降低雷达被敌方设备发现的概率。

人工灌注联合拦截网篮在输尿管结石碎石手术中的应用体会

目的探讨人工灌注联合拦截网篮在输尿管结石碎石手术中的临床效果。方法回顾性分析行输尿管结石手术治疗的151例患者临床资料,根据手术方式的不同分为2组:人工灌注联合拦截网篮组(观察组)72例、使用常规灌注泵组(对照组)79例。比较2组患者的手术时间、术中出血量、结石逃逸比例、结石再次干预情况以及并发症等相关指标。结果2组在手术时间、术中出血量、并发症发生方面比较差异无统计学意义(P>0.05),观察组的结石逃逸比例、结石再次干预比例均低于对照组(P<0.05)。结论人工灌注联合拦截网篮在输尿管结石碎石术中可降低结石逃逸比例及残留结石再次干预比例,提高结石清除效率。

抗干扰场景下基于LPI的资源优化分配

为了使雷达能够应对干扰场景并提高信号的LPI性能,本文提出了一种新型资源分配方案,而所研究的具体干扰类型为欺骗性干扰。首先,推导出欺骗性距离在三维情况下的CRLB。然后,依据CRLB建立抗干扰下的资源分配问题,具体来说,将总功率消耗量作为目标函数,并将CRLB作为性能约束,通过调配传感器资源、功率资源和带宽资源使雷达满足预定性能约束的前提下抑制总功率数值。为了求解所提出的优化问题,本文有针对性地先求解属于整数规划范畴的传感器资源分配问题,然后采用循环形式的SQP算法求解功率和带宽联合分配问题。最终的仿真结果显示,与仅优化功率的分配方案相比,新方案的功率消耗量低于该方案的50.0%,验证了新方案在降低总功率方面的可行性。此外,仿真实验中又与非线性规划遗传算法作对比,简单说明本文算法的优势和不足。最后给出了截获接收机处的功率对比结果和分析,结果显示出最大功率成分的有效下降,从而提高了信号的LPI特性。

LPI雷达信号调制识别及参数估计研究进展

低截获概率(low probability of intercept,LPI)雷达已成为新时代雷达装备中关键的技术体制或工作模式,针对LPI雷达信号调制识别及参数估计方法的研究是当前雷达对抗侦察领域的热点。首先,分析了几种典型LPI雷达信号的脉内特征,梳理了LPI雷达信号调制识别及参数估计的传统和主流方法,并说明其原理、优缺点和研究现状。最后,总结了现有LPI雷达信号调制识别及参数估计方法尚存的问题,并指出其未来发展趋势,旨在为今后的研究提供参考。

MIMO雷达的低旁瓣发射波束图优化设计方法

针对经典发射波束图匹配设计方法存在的旁瓣能量高、被截获距离远等缺点,借助最大化目标与旁瓣峰值的功率差、最小峰值旁瓣电平及最小积分旁瓣电平等准则,提出了低旁瓣发射波束图优化设计方法。该方法通过设计合适的协方差矩阵,进而合成符合预期的发射波束图,使多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达在旁瓣区域上辐射的能量尽可能小,提升了雷达的抗截获性能。仿真实验证明,当设置相同的匹配误差时,该方法在多目标场景下得到的波束图旁瓣最低可达到-29.46 dB,较经典方法的旁瓣低16.88 dB。

基于时相特征卷积网络的雷达波形识别

低截获概率(LPI)雷达以其优越的反截获性能得到广泛应用,识别LPI雷达波形对电子侦察系统至关重要。然而,基于深度学习的LPI雷达波形识别方法存在网络参数量大、计算复杂度高等问题,严重影响了其在算力不足的场景下的使用。面向LPI雷达波形快速精确识别需求,提出了一种基于时相特征卷积网络的雷达波形识别模型。该方法与传统的时频变换方法不同,采用卷积神经网络直接从原始信号中提取相位和短时特征,具有轻量化和低复杂度的特点。通过包含13个LPI雷达波形识别实验的验证表明,该方法即使在信噪比为-4 dB的情况下,也能实现90%以上的准确率;与基于Wigner‑Ville变换和图像深度网络识别方法相比,该方法只需要12%的参数和0.14%的计算资源,就可达到相同精度,兼顾了准确率和处理速度,具有非常好的工程应用前景。

信息跳时架构下分层捷变低截获概率通信波形

针对周期信号抗破译性能较差及非周期聚敛性带来的误码性能下降的问题,本文提出一种时宽-信息跳时-调频率分层波形架构。通过构建信息跳时,掩护时宽随机化的模式,解决了误码性能变时宽下降问题,加强了波形的低截获概率特征。本文以数学推导和仿真分析的方法,探究了此分层波形架构下的误码性能、功率谱类噪声性能、二次谱域周期聚敛性及先验信息抗破译性。理论分析和仿真验证表明:时宽-信息跳时-调频率分层波形可以保证与定时宽信号相比,在不降低误码性能的条件下,降低了波形的周期聚敛性,从而提高了波形的截获概率性能。

一种低截获背景下的集中式MIMO雷达快速功率分配算法

针对集中式MIMO雷达同时跟踪多批机动目标场景,该文提出一种低截获背景下的快速功率分配算法。首先,将目标机动过程建模为自适应当前统计(ACS)模型,并采用粒子滤波对各目标状态进行估计。其次,对条件克拉默-拉奥下界(PC-CRLB)进行推导,并基于目标运动特性和电磁特性构建目标综合威胁度评估模型。随后,将目标跟踪误差评估指数和雷达未被截获概率的加权和作为优化目标,建立了关于发射功率的优化模型,利用目标函数单调递减性质,提出了一种基于序列松弛的求解算法进行模型求解。最后,通过仿真验证所提算法的有效性和时效性。结果表明,所提算法能够有效提高目标跟踪精度和雷达系统低截获性能,相比采用内点法求解运算速度提高近50%。

时变参数下信息映射LPI通信波形

以二进制正交键控(binary orthogonal keying,BOK)为传统方法调制Chirp信号的检测手段日益丰富,针对常用时频分析手段分数阶傅里叶变换和短时傅里叶变换对Chirp信号的高破译性问题,提出了一种将信息映射到Chirp信号时域的新型调制方式,即时变信息映射(time varying-information mapping,TVIM)调制,通过构建时域携带信息的调制模式,解决了周期能量聚敛特性,增加了以BOK为检测思想的信息干扰,加强了波形的低截获概率(low probability of intercept,LPI)。以数学推导和仿真分析的方法,探究了新型调制方式的误码特性、时频分析下LPI特性及先验信息抗破译性。理论分析和仿真验证表明,TVIM调制架构下,可保证比特信噪比在13 dB前误码率达到10-4,并提高了波形LPI性能。

基于FBMC信号的低截获雷达通信一体化波形设计

针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形方案中循环前缀引起的弱回波掩盖问题和敌方战场低截获概率问题,该文提出了基于滤波器组的多载波偏移正交幅度调制(FBMC-OQAM)的低截获雷达通信一体化波形设计方案。分别构建FBMC雷达通信一体化波形与目标检测概率、通信信道容量之间的数学模型,在保证一定系统雷达与通信性能的条件约束下,设计最小化系统总发射功率联合优化问题,优化各个子载波发射功率分配方案。该算法利用测量值和信道状态信息,对下一个脉冲的发射波形参数进行优化设计,实现自适应传输。此外,从平均模糊函数角度分析了FBMC作为雷达信号的可行性和优势。仿真结果表明,与等功率分配方案相比,该文提出的功率分配方案可有效降低一体化系统总发射功率,从而实现低截获性能,并且FBMC波形可有效降低循环前缀引起的距离旁瓣,提高雷达分辨率与信息速率。