基于虚拟阵列扩展的阵列雷达主瓣干扰抑制方法

在电子对抗环境中,阵列雷达面临复杂多变的射频干扰,大大缩减了阵列雷达的探测距离和探测精度。自适应波束形成技术通过对各阵元加权求和,在目标方向形成主瓣,在干扰方向形成零陷,实现干扰抑制,从而提升阵列雷达的探测性能。但是,当干扰进入雷达主瓣方向时,经典波束形成方法会产生波束方向图畸变、主瓣位置偏移、旁瓣电平抬高等问题,导致期望信号方向增益损失,进而降低输出信干噪比。为了解决此问题,本文建立了主瓣干扰存在时的阵列雷达输出信干噪比损失模型,并得到了输出信干噪比与阵列孔径之间的关系。基于理论分析,本文提出了一种基于虚拟扩展阵列的阵列雷达主瓣干扰抑制方法。首先,利用非圆信号伪协方差矩阵的非零特性,对原始阵列雷达接收信号进行共轭对称处理,得到虚拟扩展阵列的回波数据矩阵。随后,本文进一步提出了基于遗传算法的阵列布局优化算法,通过选择虚拟扩展阵列中的部分阵元,优化虚拟扩展阵列的布局,得到主瓣波束更窄的优化阵列。最后,利用最小方差无失真响应算法对虚拟阵列及优化阵列中的主瓣干扰进行抑制,减小因主瓣干扰存在带来的期望信号损失,提升输出信干噪比。数值仿真结果证明,所提算法在不同阵元数和不同非圆信号形式下干扰抑制效果均优于现有方法。此外,本文利用Ku波段四通道阵列雷达开展实验验证,结果证明了算法的有效性。

基于分数域滤波处理的阵列雷达主瓣干扰抑制算法

为提升主瓣干扰下阵列雷达探测性能,提出了一种分数域滤波处理的阵列雷达抗主瓣干扰抑制算法,可有效抑制主瓣干扰。通过分数阶傅里叶变换在分数域搜索主瓣干扰,根据峰值确定干扰在分数域的位置,从而在分数域进行滤波处理,然后对回波信号再进行阻塞矩阵处理,从而更好地滤除主瓣干扰。仿真实验验证了所提算法的有效性。

加载与约束结合的主瓣干扰抑制方向图保形

针对基于阻塞矩阵实现主瓣干扰抑制的波束指向偏移问题,提出了一种基于对角加载与线性约束相结合的方向图保形方法。通过深入分析阻塞矩阵预处理方法,发现预处理后波束指向偏移是由自适应波束形成算法中的协方差矩阵失配引起的,故提出利用对角加载实现波束指向的准确校正,利用线性约束实现其它干扰方向的准确置零,有效实现了预期的自适应波束形成效果。通过仿真分析不仅验证了所提方法的正确性和有效性,同时发现所提方法对加载电平的选取不敏感,也即加载电平的选取比较容易。

主瓣干扰下的自适应旁瓣对消算法设计

与基于全阵列的自适应波束形成算法相比,旁瓣对消(multiple side lobe canceller,MSLC)技术具有计算量小、性能稳健的优点。一般旁瓣对消系统要求在进行权值调整时,主瓣方向无信号入射,否则系统方向图将发生畸变。提出了基于子阵列数据差分的旁瓣对消系统设计思路,即利用线性阵列性质来改变主辅天线信号相关性,消除主瓣入射信号影响。在此基础上,针对干扰情况的不同,提出了更实用的多级差分旁瓣对消和反馈差分旁瓣对消技术。仿真结果表明,所提算法在不同信号环境下,均能有效抑制旁瓣干扰,同时保持主瓣方向图不发生畸变,具有很好的稳健性。

基于和差波束的自适应干扰对消技术

文中提出利用单脉冲测角系统中的和差波束,进行自适应干扰对消处理。其优点是实现简单,既适用于相控阵天线,又适用于连续型抛物面天线系统,而且波束保形性好。文中给出了线阵和面阵的计算机模拟结果,并验证了该技术的有效性。

应用正交码组信号的传统雷达距离旁瓣抑制方法

为了抑制传统雷达的距离旁瓣和提高传统雷达抗欺骗式干扰性能,该文提出一种传统雷达随机发射一组正交信号的信号发射策略。给定一组正交性好且距离旁瓣低的相位编码信号,雷达在每次发射时从这组波形中随机选取一个波形进行发射,接收端已知该发射信号波形并基于该波形对接收信号进行脉冲压缩,最后对多次相邻脉冲的回波信号进行相干积累。理论分析和仿真结果均表明,距离主瓣信号能够有效积累,而距离旁瓣信号近似白化,因而脉冲积累后可明显降低系统的最大距离旁瓣电平。

互相关干扰下的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法

MIMO雷达各阵元发射波形之间一般不完全正交,用传统脉冲压缩方法处理会导致较高距离旁瓣电平,进而影响检测性能.在建立单站MIMO雷达回波模型的基础上,以最大化系统输出信号与干扰噪声比为准则,提出了一种基于迭代思想的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法.该方法利用对目标距离像信息的多次估计值,自适应地对距离旁瓣、互相关干扰和噪声进行抑制.仿真实验表明,针对发射多相编码信号的MIMO雷达,该算法可以显著降低距离旁瓣,且在目标运动和多目标情况下也优于传统处理方法.

基于非均匀子阵的双和/三差通道同时抑制主副瓣干扰

针对相控阵单脉冲雷达体制测角的情况,本文提出了一种降维双和/三差通道自适应同时抑制主、副瓣干扰的算法.该算法利用权值逼近的方法,在非均匀子阵上形成静态和、俯仰差、方位差、双差波束以及指向副瓣干扰方向的和波束,差波束、指向副瓣干扰的和波束作为静态和波束的辅助波束,双差波束作为差波束的辅助波束,根据维纳滤波原理通过对辅助波束的优化加权对消掉和波束中的主副瓣干扰信号及差波束中的主瓣干扰信号,设计出一种新的干扰抑制和测角跟踪算法.所提算法结构简单、测角精度高、能同时抑制主副瓣干扰且鉴角斜率无需修正.仿真实验和性能分析证明了所提算法的有效性和正确性.

波形分集阵列新体制雷达研究进展与展望

传统雷达存在主瓣欺骗式干扰难抑制、距离模糊杂波难分离等问题。一方面,由于增加了发射维自由度,波形分集阵列新体制的提出改变了雷达获取信息的方式。另一方面,通过灵活的系统设计和信号处理方法,增强了信息提取能力,在抗干扰、检测等方面比传统相控阵、MIMO雷达有明显的性能提升。该文总结了波形分集阵列雷达的国内外最新研究进展,分别从频率、时间和相位调制方式给出阵列分集体制的基本概念,并对波形分集阵列雷达的研究趋势进行了梳理。在现有基础理论和关键技术研究的基础上,验证波形分集阵列在提供目标新信息、增加系统额外可控自由度方面的优势,提升了新体制雷达的多维探测能力。

近程强杂波限幅处理对旁瓣相消性能的影响

分析了雷达同时受到有源干扰和无源干扰的情况下其抗干扰性能下降的原因。通过数学推导以及仿真实验对各种因素进行分析,结果表明:引起雷达抗干扰性能变差的原因是由于限幅对旁瓣相消性能的影响。

一种加权稀疏约束的Capon波束成形算法

针对Capon波束成形器旁瓣较高及零陷不深的问题,对降低旁瓣及零陷的方法进行了研究,提出了一种加权稀疏约束Capon波束成形算法。首先利用旁瓣阵列流型矩阵与协方差矩阵的相关运算,得到干扰和噪声能量在不同方向的粗略后验分布情况,其次根据得到的结果对不同的方向加权不同的值,并对干扰进行约束。仿真结果表明,该算法有效降低了波束图的旁瓣及零陷深度,增加了抑制噪声及抗干扰的能力,且在期望信号误差和阵列误差情况下均保持较好的顽健性。

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.

时域宽带自适应波束形成器设计

针对现有含反馈支路的时域宽带自适应波束形成器运算量大、干扰抑制能力受限的问题,基于广义旁瓣相消结构,引入一条固定系数的全极点反馈支路,设计一种新的时域宽带自适应波束形成器,减少了前向支路所需抽头延迟线个数即自适应权个数,从而降低了运算量,加快了收敛速度。全极点反馈支路以逼近包含干扰频带的带通滤波器为目标进行离线最优化设计,在保证稳定性的同时,增强了波束形成器的干扰抑制能力。仿真结果表明:与现存含反馈支路的时域宽带自适应波束形成器相比,采用相同的自适应算法,设计的波束形成器收敛更快、干扰抑制能力更强;实现相同的SINR改善时,新的波束形成器所需运算量远小于现存波束形成器。

基于相关性的杂波环境自适应对消方法

旁瓣对消技术是应对旁瓣有源压制干扰的有效手段。实际应用发现,对于工作在具有强杂波环境的中近程雷达,指向杂波区域的回波数据中会存在大量乃至全距离的杂波数据,对干扰样本的选取带来了极大困难。错误选取强杂波数据作为干扰样本不仅难以有效对消干扰,还可能对检测目标的回波造成恶劣影响。本文提出一种基于相关性的杂波环境自适应旁瓣对消方法,首先统计辅助波束与主波束之间的干扰相关性,然后根据相关性统计结果采取不同的对消处理措施,仿真试验平台的试验数据表明本文方法不仅可以在强杂波环境下有效提取样本进行对消处理,而且保障了弱杂波环境下的对消性能,较大地提高了旁瓣对消方法在杂波环境下的适用性。

GSC框架下的最小均方超声波束形成算法

针对传统超声信号幅度变迹方法中主瓣宽度较宽、空间分辨率较低的问题,提出了一种基于广义旁瓣相消器框架下的最小均方超声波束形成算法。该方法基于期望信号最小方差无失真准则,构造广义旁瓣相消器,将接收到的超声信号分解为自适应与非自适应上下两个部分:上支路保留期望信号与噪声信号,且期望信号无失真响应约束得到保证;下支路阻塞期望信号,只含有噪声。将两路信号进行维纳滤波,上下支路噪声得到抵消,期望信号被无失真输出。为了使该算法在硬件上易于实现,采用最小均方算法自适应迭代求取,并给出了FPGA的详细设计过程。仿真实验表明,采用该算法加权的得到的波束与传统幅度变迹方法相比,主瓣更窄,具有抑制干扰和噪声的能力,提高了超声成像的横向分辨率与对比度分辨率。

基于频控阵波束锐化的主瓣干扰抑制技术

文中研究基于频控阵波束锐化的主瓣干扰的抑制问题,在非均匀对数偏频的基础上,利用频控阵列阵因子的空时耦合和变化、距离依赖的特性自适应的进行发射波束形成,在角度域-距离域上实现主波束锐化和精准指向,极大地抑制距离依赖和角度依赖的干扰。由于只在目标点处才会出现最大的波束能量聚焦,在接收端利用线性约束最小方差(LCMV)准则,空域上和期望信号完全对准主瓣干扰,利用距离依赖的差异也可以实现有效的抑制。仿真实验验证了方法的有效性。

雷达反主瓣干扰的现状和趋势研究

现代战场电磁环境日益复杂,干扰特别是主瓣干扰对雷达探测产生了极大威胁。本文从雷达作用域角度系统地梳理了现有反主瓣干扰方法,主要包括空域、极化域、时域以及多域间的联合。着重介绍了代表性成果及其最新进展,分析了其中存在的问题,指出了研究中现存的难点。在这基础上,展望了未来雷达反主瓣干扰的三个发展方向,包括战场电磁环境感知技术、从体制上形成对干扰机的优势以及反干扰信号处理中采用的新途径和新算法。

基于机载双基地雷达多干扰抑制算法研究

为了解决雷达主瓣干扰尤其是多个主副瓣干扰同时抑制的难题,文中提出一种基于机载双基地协同的主副瓣干扰同时抑制算法。首先利用稀疏恢复技术估计出的干扰角度二维信息构建阻塞矩阵来遮蔽主瓣干扰,然后采用空时自适应处理算法来抑制副瓣干扰,最后针对多个主瓣干扰混叠无法全时域对消问题,将多个主瓣干扰逐个回退释放出来分别抑制,从而实现了全部主瓣干扰的抑制。仿真结果表明,该方法在抑制两个副瓣干扰的同时实现对两个主瓣干扰抑制,目标信噪比损失3 dB左右。该方法实现多个主副瓣干扰同时有效抑制,提升目标尤其是与主瓣干扰同方向目标的检测能力。

认知雷达干扰和旁瓣均衡抑制的波形设计

针对认知雷达具备环境感知的特点,研究了基于干扰先验信息的认知雷达波形设计方法。首先在接收端旁瓣电平和干扰电平相等的约束条件下,根据最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)准则设计了认知雷达波形设计的代价函数,接着利用交替指向法将优化问题进行分解,然后利用拉格朗日(Lagrange)乘子法引入多个辅助变量和KKT最优条件性进行求解,最后通过计算机仿真验证了算法的有效性。仿真结果表明,所提算法能够实现对干扰信号和自身处理旁瓣的均衡抑制,提高了雷达接收处理的动态范围。

圆形相控阵波束形成及干扰抑制

信号检测的过程中,由于干扰的存在,往往无法实现目标信号有效信息的准确检测。针对不同的相控阵列,需要选择不同的波束形成以及干扰抑制策略。当干扰存在于波束主瓣时,其需要更强的干扰抑制方式。构建了均匀圆阵的数学模型,针对均匀圆阵的旁瓣干扰抑制问题,设计了一种最优化主瓣多约束旁瓣的方法,结果表明该方法在主瓣方向能够保持较好的形状;针对圆阵的主瓣干扰抑制问题,利用了高阶阻塞矩阵预处理的方法,该方法可以有效地降低整体的旁瓣电平。