多载频MIMO雷达的一种新的信号处理方法

多载频MIMO雷达(Multi-Carrier MIMO radar)是指利用频率分集和空间分集的方法来实现发射信号正交的具有多个发射和多个接收天线的雷达系统,该文研究了该体制雷达基于Dechirp处理实现距离高分辨的方法,分析了IFFT相参合成法以及伪峰产生原因,提出了一种新的处理方法--空域合成带宽法,它将空域分散发射的多载频LFM信号,先做Dechirp处理,然后再将通道分离后的各路信号顺序时移拼接合成一个大带宽的LFM信号,最后再对合成后的信号做IFFT处理以获得高分辨距离信息。它实现简单,能够在不增加运算量的条件下有效的抑制伪峰,并受目标运动影响小,计算机仿真验证了这些结论。

弹载相控阵雷达系统设计与信号处理问题

弹载相控阵雷达的系统设计与信号处理实现低空目标探测是下一代主动雷达导引头的一项关键技术。针对这些问题,本文从技术难点、工作模式等方面对导引头雷达动目标检测进行了分析。相比机载预警雷达,弹载雷达采用前视阵列且运动速度快、工作波长短,杂波存在距离、多普勒多重模糊问题,杂波特性严重非均匀,杂波抑制难度大。本文给出了笔者在弹载雷达系统设计及空时自适应处理方面所做的工作,同时指出了目前这一领域有待改善和研究的相关问题。

利用SPW软件进行雷达信号处理系统的仿真

SignalProcessingWorksystem(SPW)软件是进行各种信号处理系统设计的集成软件包,对于雷达系统的建模与仿真的研究来说,使用SPW可以大幅度地缩短研制周期,提高效率。文章在SPW软件平台上,建立了某脉冲多卜勒雷达信号处理系统的模型,并在此基础上进行了仿真。

弹载雷达信号处理SoC的设计与实现

为满足系统实时性要求,给出了一种弹载雷达信号处理系统的可编程SoC设计方案.它以SoC技术为基础,将雷达信号处理所需的专用功能模块尽可能地集成到一块芯片中,提高了芯片的通用性.将A/D采样、数字下变频、脉冲压缩、动目标检测、求模和恒虚警等功能模块集成到一片内嵌CPU硬核的FPGA芯片上进行测试验证,同时通过性能改善策略,提高了片上系统性能,满足了信号处理实时性要求.测试分析表明:该芯片具有快速的处理能力、较大的数据存储容量以及功耗较小的优点,且芯片中各模块间具有很高的通信速度.

针对回波数据异常时的雷达前视超分辨快速成像方法

机载扫描雷达前视成像可广泛应用于态势感知、自主导航和地形跟随。在雷达扫描过程中受到不经意的电磁脉冲干扰或设备性能异常等影响时,雷达回波数据出现异常值。已有的超分辨方法可以抑制回波中的异常值、提高角度分辨率,但没有考虑计算实时性问题。针对上述问题,该文提出了一种机载雷达超分辨方法实现回波数据异常时的快速前视成像。为了更好地拟合回波噪声,引入对异常值更加鲁棒的学生t分布,并采用期望最大化方法对成像参数进行估计。受截断奇异值分解方法的启发,将截断的酉矩阵引入目标散射系数的估计公式中。通过矩阵变换降低了求逆矩阵的尺寸,从而降低了参数估计的计算复杂度。仿真结果表明该文提出加速方法可以用更短的时间提高前视成像的角度分辨率,抑制回波数据中的异常值。

非理想检测下多雷达网络节点选择与辐射资源联合优化分配算法

该文针对分布式相控阵多雷达网络的多目标跟踪场景,研究非理想检测条件下的节点选择与辐射资源联合优化分配算法。首先,根据分布式相控阵多雷达网络构成、目标运动模型、雷达量测模型以及雷达节点检测情况,推导非理想检测下以雷达节点选择、辐射功率和信号带宽为变量的贝叶斯克拉默-拉奥下界(BCRLB)闭式解析表达式,并以此作为多目标跟踪精度衡量指标。在此基础上,以最小化系统各雷达节点对所有目标的总辐射功率为优化目标,以满足目标跟踪精度门限以及给定的系统射频辐射资源限制为约束条件,建立非理想检测条件下多雷达网络节点选择与辐射资源联合优化分配模型,对各时刻雷达节点选择、辐射功率和信号带宽等参数进行联合优化设计,以提升多雷达网络的射频隐身性能。最后,针对上述非线性、非凸优化问题,采用基于障碍函数法和循环最小化算法的4步分解算法进行求解。仿真结果表明,与现有算法相比,所提算法能在满足给定多目标跟踪精度的条件下有效降低分布式相控阵多雷达网络的总辐射功率,至少降低了约32.3%,从而提升其射频隐身性能。

基于稀疏迭代的非连续谱高频雷达信号处理方法

在拥挤频谱环境中,雷达系统在多个非连续频段发射信号并在接收端进行综合相干处理,是一种获得等效大带宽的方式.本文专门就非连续谱调频连续波(discontinuous spectrum-frequency modulated continuous wave,DS-FMCW)及其在高频雷达中的应用展开研究.首先提出采样点平移方法,建立DS-FMCW快时间维的非均匀采样序列谱估计模型;随后,进一步建立DS-FMCW距离-多普勒二维谱估计模型,提出解决距离徙动的方案;最后为解决距离高旁瓣问题,基于一种适用于单次快拍的迭代式稀疏重构算法提出DS-FMCW的距离与距离-多普勒谱估计方法,并提出相应的快速谱求解方法.仿真试验表明:所提DS-FMCW距离-多普勒处理方案能有效补偿距离徙动;当频带利用率大于20%时,所提谱估计方法能够稳定地分辨距离维间隔为雷达固有距离分辨率的1/3的两个目标,且距离估计精度优于经典最小二乘算法以及正交匹配追踪算法;所提快速算法单次迭代运算量低,适用于实时系统.

基于多帧数据联合处理的机载单通道雷达贝叶斯前视成像

针对机载单通道雷达前视分辨率不高的问题,该文提出一种基于多帧数据联合处理的贝叶斯前视成像方法。该文首先建立高斯背景下的前视回波信号模型,然后将散射场景的处理空间由单帧波束域的低维空间扩展到多帧波束域联合而成的高维空间以增加其空域稀疏性,并对散射场景的稀疏性进行统计建模。最后基于贝叶斯理论,将前视条件下的雷达成像转化为贝叶斯准则下的优化问题,并通过共轭梯度算法进行优化求解。在优化求解时,稀疏统计参数从数据迭代过程中估计得到。仿真结果和实测数据表明该方法不仅可以对前视场景进行高分辨成像,还可以抑制虚假散射点。

多载频MIMO雷达解速度模糊及综合处理方法

多载频MIMO雷达采用稀布阵发射多载频FMCW信号,阵列接收目标回波。该文分析了多载频MIMO雷达的信号模型,提出了一种解速度模糊的新方法,该方法不需发射多重频信号,利用各发射通道模糊多普勒频率获得目标真实速度的最小二乘解。还提出了一种新的发射接收综合处理方法,该方法将积累后每个距离单元等分成Nn份,并用相参积累结果对其加权,在抑制距离栅瓣的同时充分利用了收发阵列孔径。最后讨论了多载频MIMO雷达的参数选取问题。仿真结果表明了该文方法的有效性。

前视阵高速雷达空时处理方法研究

多普勒严重模糊,训练样本有限是高速平台雷达面临的重要问题,协方差矩阵估计误差以及目标约束误差将使处理器性能严重下降。针对上述问题,该文对前视阵杂波自由度进行了研究,分析表明杂波特征谱与孔径带宽积、时宽带宽积以及空时耦合特性有关。该文提出基于主瓣区域空时多波束的鲁棒空时处理方法,首先通过空时多波束降低杂波自由度,然后利用多普勒区间约束的方法,提高了处理器的性能和系统鲁棒性。仿真实验证明了该文方法的有效性,当样本中存在目标信号时,该文方法相比传统固定约束矢量的方法输出信杂噪比性能平均提高5 dB左右。

基于复高斯模型的样本缺失窄带雷达信号重构算法

该文提出一种针对窄带雷达信号存在样本缺失情况下的信号重构算法。由于窄带雷达体制下,目标回波近似服从复高斯分布。在这一前提下,首先建立描述样本缺失观测信号与未知完整信号间关系的概率模型,然后根据贝叶斯准则推导出在给定样本缺失观测信号条件下完整信号的后验分布,最后利用期望最大(Expectation Maximization,EM)算法得到模型中参数的最大似然估计,进而得到完整信号的重构。该方法的优势是只需利用样本缺失观测信号就可以重构出未知的完整信号,除了复高斯分布的假设,不需要其他任何样本信息和先验假设帮助参数学习。基于实测数据的实验结果和与现有算法的比较结果表明该方法能够获得较好的重构性能。

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。

一种两级机载MIMO雷达空时自适应处理方法

机载MIMO雷达可联合利用时间自由度、发射和接收空间自由度抑制杂波,但只能利用接收空间自由度抑制有源干扰。基于此特点,该文提出一种机载MIMO雷达的两级空时自适应处理方法抑制杂波和干扰。第1级处理中只利用部分空间接收自由度进行干扰抑制,同时实现降维处理;第2级通过匹配滤波获得发射空间自由度,并联合剩余接收空间自由度和时域自由度,进行空时联合自适应处理抑制杂波。该方法通过分级处理既有效利用了MIMO雷达的发射自由度进行杂波抑制,又同时大大减低了计算量和样本需求。理论分析表明存在强干扰时,两级处理的理论性能可以逼近全维处理的最优性能。仿真实验表明了该算法的有效性。

基于调频率调制的雷达通信共享信号研究

雷达通信一体化可有效提高电子系统的资源共享,是实现电子装备多功能综合一体化的一个重要方向。本文根据Chirp信号的调频率与分数阶傅里叶变换的阶数之间的关系,提出了一种基于Chirp信号调频率的雷达通信共享波形,固定调频率的主载波实现雷达功能,副载波由通信码元键控得到调频率从而实现通信信息调制;主载波与副载波的叠加形式使此共享信号能在不影响雷达性能的前提下实现单脉冲多比特的数据传输,而且利用不同阶数的分数阶傅里叶变换的解调过程具有多普勒稳健性。

前向散射雷达目标成像实验研究

为了验证前向散射雷达在检测和成像方面独特的应用以及在在反隐方面的优势,做了模型实验和实际车辆成像实验,实验表明:前向散射雷达系统通过发射单频连续波能够对穿过基线的目标进行检测和成像。该雷达系统具有结构简单、容易实现的优点,而且不受吸波涂层的影响,使得该体制雷达在探测隐身目标方面有着独特的优势。

步进线性调频信号舰船ISAR成像的实时信号处理

针对舰船目标的复杂运动特性以及采用步进线性调频信号给实时处理带来的困难,本文设计了以数字信号处理器作为处理单元数字信号处理板卡,选择了适于步进线性调频信号舰船逆合成孔径雷达(ISAR)成像实时处理的算法流程,并完成了实时处理在信号处理板卡上的任务分配和程序编写。该方法能够完成步进线性调频信号舰船目标ISAR成像的实时处理任务,外场试验的结果验证了本文方法的有效性。

一种多输入多输出雷达相位编码信号的设计方法

针对多输入多输出（MIMO）雷达正交相位编码信号设计中已有方法所得信号集匹配滤波后旁瓣较高的问题,提出一种新的设计方法.首先将基于信号集相关旁瓣总能量的代价函数简化成低次的较容易求解的问题,然后将输入输出算法从一维扩展到多维,并针对极小化问题改进了其物面和频谱面的约束条件,利用改进后的输入输出算法求解该极小化问题,再针对基于信号集相关旁瓣峰值的代价函数,利用迭代码选择算法对第一步所得信号集进一步优化,最后得到相关性能较好的正交信号集.仿真结果表明,相比于模拟退火和序列二次规划等方法,该方法所得信号集的平均非周期自相关峰值旁瓣降低了3～4 dB,平均非周期互相关峰值降低了1～2 dB.

基于实值处理的联合波束域双基地MIMO雷达测角算法

该文提出一种基于实值处理的联合波束域双基地多输入多输出(MIMO)雷达测角方法。与直接采用离散傅里叶变换(DFT)空域滤波器的传统波束域方法不同,该方法的空域滤波器通过凸优化方法进行设计,能够灵活控制空域滤波器的带宽并抑制旁瓣电平。基于这种特性,设计的空域滤波器的主旁瓣比能够得到很大提高,从而提高测角性能。更重要的是,所提算法对发射和接收波束矩阵的结构进行设计,这种特殊的结构是构造实值信号模型的必要条件。最后,该文通过建立映射关系的方法对插值误差进行补偿。仿真结果验证了该算法的有效性。

随机序列步进频率信号及其处理

本文讨论了步进频率信号的设计问题,针对顺序步进频率信号有速度一距离耦合的缺点,提出了随机序列步进频率信号形式及其多组频率捷变相参处理方法,该信号形式具有较好的速度、距离分辨能力和杂波抑制能力。

采用目标轨迹积累的窄带雷达信号长时间积累方法

在雷达信号长时间积累过程中,点目标的位置会在多帧距离-多普勒数据之间移动并形成一条轨迹,这里提出两种积累该轨迹的方法,分别适合于距离走动较小和多普勒扩散较小的情况。所提的两种方法首先分别通过速度补偿和二次相位补偿将三维数据空间中的目标轨迹校正到分别垂直于距离轴和多普勒轴的平面中,然后通过矩阵重组将校正后的三维数据分别分解为并列的多普勒-时间和距离-时间矩阵,最后采用Hough变换对位于其中一个二维矩阵中的近似直线的目标轨迹进行积累。所提的两种方法大大增加了目标的积累时间并改善了目标的最小可检测信噪比。实测数据的实验结果证明了其有效性。