毫米波调频引信的优化二维FFT信号处理算法

针对毫米波调频引信对目标距离速度信息联合估计的问题，提出一种基于相对距离评价函数优化的二维快速傅里叶变换（FFT）信号处理算法。首先，通过分析二维FFT算法实际测距测速精度与FFT点数的关系，建立了优化数学模型，利用相对距离评价函数对数学模型求解，得到FFT点数最优解；然后，采样将差频信号数据转换成二维数据矩阵，分别对矩阵的行列进行相应FFT变换；最后，通过提取峰值点的坐标估计目标的距离速度信息。结果表明:该算法有效提高了传统二维FFT算法的测距测速精度，并且满足实时性要求，能够同时提取毫米波调频引信的目标距离速度信息。      

一种频率步进雷达目标径向速度估计方法

为补偿目标径向速度对频率步进雷达合成距离像的影响,提出了一种目标径向速度估计方法.经公式推导证明频率步进雷达相邻两个脉组回波的归一化采样序列的互相关函数是一复正弦序列,该序列的频率与目标径向速度有确定的对应关系.通过快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)可获得序列频率,从而估计出目标径向速度.该方法可估计的速度范围仅取决于系统带宽和脉冲重复周期,并且由于理论估计精度可通过FFT点数调整,在需要非常高估计精度的场合可以大幅降低计算量.计算机仿真结果表明该方法对目标径向速度估计准确,同时具有较好的抗噪声性能.     

高速旋转弹丸进动周期提取

对高速旋转弹丸的雷达回波进行处理,可以提取弹丸的进动周期.进动是弹丸平动之外的微动,弹轴围绕质心速度方向旋转对雷达回波产生微多普勒频率调制.对进动引起的微多普勒建模分析表明,散射点的径向速度是质心径向速度与进动引起的微动速度之和.利用短时傅里叶变换计算含有微动信息的散射点径向速度,然后采用分段多项式拟合获取质心径向速度.散射点径向速度减去质心径向速度可以得到微动速度.对微动速度进行时域滑窗自相关处理,可以提取弹丸进动周期.仿真分析和对弹丸实际测量数据处理表明:该方法可以有效提取高速旋转弹丸的进动周期.     

基于瞬时相关频域检测的复合调制引信定距方法

为了实现混沌调相与线性调频复合调制无线电引信对不同散射特性的地面目标的精确定距功能，提出一种基于瞬时相关频域检测的复合调制引信定距方法。在时域瞬时相关处理之前，对本地预设混沌码与目标回波信号以码元宽度为采样周期进行同步采样；为减小目标回波幅值对定距方法的影响，以二维快速傅里叶变换（2D-FFT）提取目标的距离、速度信息，以相关窗位置、谐波包络主瓣位置、稳定的多普勒频率3个特征量作为定距依据，从频域角度进行精确定距。仿真结果表明:所提方法的判定结果只与目标信号信噪比有关，而与信号幅值具体大小无关；所提方法可在-28 dB的极低信噪比条件下实现复合调制引信对不同散射特性地面目标的精确定距功能。      

不同速度运动汽车的磁异信号研究与探测

运动汽车随着速度的增加伴随着非稳态材料的产生，如汽油高温燃烧、高速摩擦引起自由电荷累积等。针对这些磁异信号难以采用适用于铁磁性材料的磁偶极子模型描述的问题，提出了结合磁偶极子模型和运动电荷等效模型的方法，理论计算不同速度运动汽车的磁异信号并分析其时域、频域特征，获得磁异信号与速度的依赖关系。采用隧道磁阻传感器（TMR）结合滤波、放大、模数转换技术构建弱磁信号探测实验装置，探测不同速度运动汽车的时域磁异信号，并采用傅里叶变换获得其频域信息，与理论模型相吻合。随着速度的增加，频域信号向高频方向偏移，对于从低频地磁背景场中提取目标弱磁信号极其重要。      

调频引信粗糙面目标与干扰信号识别

为有效识别调频（FM）引信地面目标回波信号和数字射频存储（DRFM）转发式干扰信号,提出了一种对地调频引信粗糙面目标与干扰信号识别方法。建立了对地调频引信粗糙面差频信号模型,利用二维距离-速度提取方法提取其差频频率和多普勒频率,采用差频频率峰值带宽和多普勒频率峰值带宽2个特征量识别地面目标回波信号和DRFM转发式干扰信号,并使用蒙特卡罗仿真和非参数假设统计检验对其进行了验证。结果表明:差频频率峰值带宽和多普勒频率峰值带宽的展宽幅度与引信天线照射范围内粗糙面的大小呈正相关,多普勒频率峰值带宽的展宽与载频成正比,利用峰值带宽特性可有效区分粗糙面目标回波信号和DRFM转发式干扰信号。      

基于DFT的水射流红外热像频域时空分析

基于二维离散傅里叶变换及空间频谱分析,对水射流湍流脉动的空间尺度进行了研究,得到了由红外辐射温度表征的被动标量湍流场在对流区、耗散区、惯性子区的特征空间尺度及其时间演化规律.对射流不同区域的关心点重新采样,得到湍流场中关心点的时间序列,利用一维离散傅里叶变换,分析了对流区大尺度涡中心、惯性子区小尺度涡中心、耗散区及射流轴心线上各关心点的湍流波动特征.计算了时间序列频谱的分形维数,研究了自由湍流不同尺度区间上述各关心点湍流脉动的分形特征.      

空间目标距离像畸变分析及运动参数估计

针对卫星目标的宽带雷达回波信号,从理论上详细分析了目标运动产生的多项式相位模型,指出三次以上的相位对一维距离像的畸变可以忽略。以频谱主瓣的展宽程度为判据,推导了二次相位需补偿时的目标速度边界条件。结果表明,在典型参数条件下卫星目标的径向速度远大于该临界速度（约560m/s）,需在成像前予以补偿。最后,结合雷达目标散射中心的稀疏分布特性,提出了基于L1范数的空间目标运动参数估计算法。结果表明,该算法对速度的估计误差接近克拉美-罗下界,且远小于临界速度,可用于卫星目标成像。     

全相位FFT频率测量在调频激光测距技术中的应用

调频连续波激光测距技术在常见的非合作目标激光测距技术中,目前具有最高的测量精度,其原理是对激光的光频进行线性调制,通过测量发射信号和回波信号的频率差反推目标的距离。因此频率测量精度对于距离测量精度具有决定性影响。传统FFT由于存在频谱泄露,且频谱细化方法从根本上受限于FFT的精度,导致测量精度低。全相位FFT较好的解决了频谱泄露的问题,具有相位不变性。本文提出将全相位FFT方法应用于调频激光测距,采用时移相位差法对频率进行测量,在MATLAB环境下对试验获取的数据进行频率解算并计算目标距离。试验证明,全相位FFT应用于调频激光测距数字信号处理时,在大于50m距离处测距误差小于0.3mm,达到了良好的应用效果。     

脉冲多普勒雷达导引头目标回波模拟器校准技术研究

本文提出采用软件无线电技术实现某型脉冲多普勒雷达导引头目标回波模拟器的校准。使用频谱仪及示波器组成校准装置实现被校信号射频到中频的变换及A/D转换,使用LabVIEW软件实现A/D转换后信号的数字正交解调及参数提取算法,进而实现雷达导引头目标模拟器的脉冲幅度、多普勒频率及延时参数的自动校准。     

GPS卫星信号模拟器中频信号处理与实现

利用数字内插、数字滤波、A/D(Analog／Digital)变换等软件无线电方法,建立GPS卫星信号模拟器中频信号处理的数学模型,提出了数字IF(Intermediate Frequency)的实现方法,且在matlab中进行了中频电路建模、优化和验证,完成了从数字基带信号处理到模拟中频信号生成.电路实现时尽量降低信号处理频率,缩小高频信号处理范围.利用verilog在ISE6.3中完成了数字中频模块的设计和仿真,对仿真输出的数字序列进行FFT(Fast Fourier Transform Algorithm)频谱分析,并在FPGA(Field Programmable Gate Arrays)中实现.      

目标表面对FMCW激光雷达拍频信号的影响分析

被测目标表面的粗糙度会影响调频连续波(FMCW, Frequency Modulated Continuous-Wave)相干激光雷达的拍频信号特性,进而影响雷达的测速测距精度.为衡量该影响以改善雷达的性能,通过对照射目标面的空间离散化,建立和分析了拍频信号的场强模型,并针对不同粗糙度的反射表面,进行了Monte Carlo模拟仿真及系统实验验证.仿真和实验结果表明:镜面目标反射面的倾斜将导致拍频信号交流分量强度的急剧衰减;而对于高斯型粗糙面目标,强度与粗糙面高度及波长的比值成负指数关系.实验结果与理论分析和模拟仿真结果一致,且系统的测距误差小于1 mm,静态速度稳定性优于0.1 mm/s.     

超低信噪比调频连续波引信信号小周期态 Duffing振子检测

针对超低信噪比（SNR）下调频连续波（FWCW）引信信号难以检测的问题,结合Duffing振子特性和可停振动系统理论,建立了小周期态Duffing振子检测系统。该系统能够克服传统Duffing振子强参考信号检测的固有缺陷,扩展单个Duffing振子的信号频率检测范围,并降低算法复杂度。在此基础上,分析Duffing振子相轨迹特性,提出了基于小周期态Duffing振子的调频连续波引信信号检测方法。实验结果表明,小周期态Duffing振子检测方法在-30 dB的超低信噪比下对真实调频引信辐射信号的平均检测误差小于1%,验证了本文方法的有效性。      

基于波长调制谐波信号主峰拟合的气体浓度测量方法

为了提高激光波长调制光谱法(WMS)测量气体浓度的速度和准确度,首次提出了一种通过对吸收光谱谐波信号的主峰进行拟合的气体浓度测量方法。在该方法中,只扫描吸收光谱谐波信号的主峰部分来获得谐波信号(WMS-2f/1f)的峰值点。因为缩减了吸收光谱的扫描范围,所以扫描速度得到了提高。通过对吸收光谱谐波信号(WMS-2f/1f)的主峰部分进行多项式拟合,进一步提高了测量精度。详细讨论了多项式阶数的确认方法,以及拟合数据长度对测量结果的影响。通过测量不同情况下的二氧化碳浓度验证了该方法的有效性。