基于Keystone变换和MDCFT的高机动弱目标检测与参数估计

 常规雷达对隐身、超声速和高机动目标存在回波信噪比不足、距离徙动和多普勒谱扩展问题。将Keystone变换和修正离散Chirp-Fourier变换(MDCFT)相结合,提出了一种新的雷达信号处理算法。该算法通过Keystone变换补偿距离徙动问题,利用MDCFT对多普勒谱严重扩展的目标回波进行相参积累,提高目标检测性能的同时完成了对目标参数的估计,且该算法在方位向欠采样时仍可适用。最后对算法运算量及性能进行了分析,通过仿真验证了该算法的有效性。     

一种横向机动弹道下SAR成像算法

针对横向机动弹道下SAR成像回波方位向和距离向严重耦合、弹载SAR平台实时性要求高的特点,提出了一种基于频谱分析的扩展SAR成像算法。首先,以初始距离相同的目标作为成像处理对象,建立了横向机动下弹载SAR成像模型,分析了回波相位和瞬时距离的泰勒展开;然后,采用包含水平面速度和偏航加速度参数的相位因子依次进行距离徙动校正、二次相位补偿和多普勒中心频率补偿,实现了SAR图像的精确聚焦。该算法处理流程简单、实时性高,适合横向机动弹道下的中等分辨率的大斜视成像,给出了算法流程,仿真验证了算法有效性。     

临近空间高超声速多目标检测前跟踪算法

针对临近空间不同径向距离高超声速目标难以同时被有效检测的问题,提出一种通过峰值聚优改进Hough变换积累结果的检测前跟踪(TBD)算法。采用径向距离-时间坐标描述数据,减少量测误差影响,规格化坐标使2个维度处于同一量级。进行Hough变换,分割参数单元进行点数积累和能量积累,采用标签矩阵记录每个量测点曲线经过的参数单元,遍历所有量测点将每个量测点只存于其所能构成能量积累值最大的参数单元,得到新的点数积累和能量积累结果。只对点数积累空间设置门限提取目标航迹,进行航迹约束和合并,输出最终航迹。仿真结果显示,算法将3个目标全部检测出的概率可达到90%,具有较好的多目标检测性能。     

调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法(英文)

本文提出了一种调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法。调频连续波SAR在运动过程中持续不断地发射和接收信号,这种运动导致了回波信号的伸缩,对波前重建产生了严重的影响。推导了回波信号模型,给出了信号的距离-多普勒域表达式,分析了由于天线不断运动而导致的相位变化与方位向频率之间的关系。改进的频率尺度变换算法补偿了这种相位变化,实现了目标的精确成像,仿真结果表明了分析的正确性和算法的有效性。     

面目标回波处理算法对比及OCOG算法的改进分析

针对传统海面回波处理算法以及频率校正算法无法有效应用于地面目标回波的问题,基于重心偏移法(OCOG)具有强鲁棒性的特点,着重对该算法性能进行研究,并对其重心公式的阶数m进行了讨论,仿真比较了OCOG法、质心估计法以及面积中心法在不同工况下的性能表现。仿真结果表明:OCOG法与面积中心法性能相近,但在入射角为25°到60°范围内OCOG更优;在入射角低于25°时,质心估计法误差较大,但在入射角大于25°时,质心估计法也具有其应用价值。基于OCOG法存在的偏差与抖动提出了改进方法,通过重心迭代使重心频率趋于收敛减小其偏差,通过非相参积累减小其测距抖动提高稳定性。研究发现,OCOG算法的测距偏差主要由于入射角越大回波展宽越严重,低通滤波器边缘递减使得远距离端展宽部分的幅度减少。最后采用OCOG与质心估计法的融合来补偿距离偏差,仿真试验验证了该补偿算法的有效性。     

一种FMCW SAR地面运动目标谱图域参数估计方法

对调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)地面运动目标的参数估计方法进行了研究,采用相位中心偏置天线(DPCA)技术对地杂波进行抑制,分析了载机及地面运动目标连续运动对回波信号的影响,推导了采用DPCA技术引入的回波慢时间包络(STE)项与地面运动目标参数之间的关系。在此基础上,提出了一种地面运动目标谱图域参数估计方法,该方法首先利用Radon变换在谱图域估计导致回波信号距离走动的目标等效径向速度,并对距离走动进行校正;其次,在谱图域中提取运动目标回波幅度,根据STE项引起的回波幅度变化与目标方位向速度之间的关系,估计目标的方位向速度,并进一步求解相应的目标径向速度。所提方法能够在谱图域完成地面运动目标二维速度估计,最后的仿真实验验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于修正离散Chirp-Fourier变换的高速目标ISAR距离像补偿

分析了高速运动目标的逆合成孔径雷达（ISAR）回波信号模型和高速运动对ISAR信号处理的影响。结果表明,高速运动特征会导致目标一维距离像的畸变和二维像的模糊。为此,提出了一种基于修正离散Chirp Fourier变换（MDCFT）的高速运动目标距离像补偿算法,采用MDCFT谱包络最小Shannon熵准则进行参数估计,可解决幅度最大准则下参数估计性能恶化的问题。仿真结果表明了该距离像补偿算法的有效性。     

一种弹道导弹多目标时频分析ISAR成像算法及仿真

在研究多目标ISAR成像回波信号的基础上,提出了一种基于谱图重排的时频分析ISAR成像算法,针对同一距离单元内不同径向速度和不同微动状态两种情况的弹道导弹多目标ISAR成像问题进行了新算法的仿真研究。仿真结果表明,这种成像方法具有优良的时频聚焦性能,证明了该方法的有效性。     

一种基于径向加速度的Singer-EKF机动目标跟踪算法

针对雷达均不能提供目标加速度信息,在目标机动时会出现跟踪精度差甚至跟踪发散的问题,提出一种基于径向加速度的Singer-EKF算法。该算法在信号处理阶段利用Radon-Ambiguity变换（RAT）估计出目标的径向加速度,并通过坐标转换将其引入量测向量中,然后采用基于Singer模型的扩展卡尔曼滤波（EKF）算法实现机动目标的跟踪。仿真验证了该方法的有效性,并与传统的不带径向加速度的扩展卡尔曼滤波（EKF）方法进行了比较,结果表明该方法在径向距离、位置、加速度和速度估计精度方面都有所提高。     

从探测概率的角度评价飞机的隐身性能

采用雷达散射截面(RCS)均值来衡量飞机的隐身性能并不能给出足够充分的信息,从信号检测概率的角度来衡量飞机的可探测性可以提供更完整的信息。本文从探测概率的角度详细分析了4种典型隐身飞机RCS起伏数据与虚警概率、探测概率、探测距离、信噪比(SNR)等参数间的关系,并给出了完整的推导过程,采用此方法可以对任意飞机目标在给定雷达参数下的可探测性进行准确计算。一般在雷达性能评估中需要用到RCS起伏模型,本文对飞机目标回波信号进行检测分析时采用数值计算方法,信号的概率密度函数(PDF)直接来源于原始回波起伏信号,避免了模型拟合带来的回波特性失真,且不会产生大的计算误差。通过对比分析计算结果发现:单脉冲检测下回波信号均值中值比越大,回波取值范围越小,则信号的检测概率越小,其中均值中值比一般相差3倍以上时可以得到明显不同的检测概率;在快起伏假设下,非相参积累检测的积累脉冲数Nin即便较小,也能得到较大的信噪比增益,此增益可能大于Nin。     

北斗导航接收机高增益相干积分算法

近年来,针对弱信号的高灵敏度接收机已逐渐成为国内外的研究热点。加长相干积分时间可以提高信噪比,从而跟踪到更弱的信号。但是,北斗导航接收机跟踪环路并不可以无限加长相干积分时间,相干积分时间的长短和功效还受到卫星导航电文比特跳变的限制。为了消除导航电文比特跳变对相干积分的影响,提出了一种改进的基于最大似然估计的北斗信号位同步方法,完成位同步后再利用先猜后检的方法便可以实现长相干积分。利用软件接收机进行编程设计,仿真结果表明：该长相干积分算法能够稳定可靠地实现对弱信号的跟踪,20ms相干积分环路信噪比约提升12dB,40ms相干积分环路信噪比约提升15dB,80ms相干积分环路信噪比约提升17dB,提高了北斗导航接收机的灵敏度。     

北斗导航接收机频率稳定度传递算法

为了提高北斗导航接收机的灵敏度,提升其弱信号跟踪能力,通常需要利用长时间的相干积分来提高环路信噪比。但是,当相干积分时间加长到一定程度时,环路性能反而有所下降,信噪比提升也不能达到理论值。针对由剩余频率误差和晶振误差引起的相干积分能量损失问题,主要研究了频率偏差对环路跟踪性能的影响,并提出了利用频率稳定度传递策略辅助弱信号跟踪的方法,解决了北斗导航接收机弱信号跟踪性能提升的问题,最大程度地改善了相干积分的效果,实现了对弱信号的跟踪。利用软件接收机平台对提出的频率稳定度传递算法进行验证,仿真结果表明该算法可使环路信噪比提升4dB ~5dB,充分说明了其可行性及有效性。     

一种高动态低信噪比卫星导航信号捕获方法

为提升高动态低信噪比环境下卫星导航信号的捕获性能,提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)及部分匹配滤波(PMF)的捕获方法。在该方法中,接收机首先利用PMF对接收信号做分段相干积分,随后借助快速傅里叶变换(FFT)对分段积分结果做离散快速FrFT,最后通过检测FrFT输出的峰值完成信号的捕获。由于具有多普勒频率变化率的卫星导航信号在FrFT后呈现能量聚焦特性,所提方法能够显著提高信号的长时间相干积分增益。同时对所提算法的捕获概率、平均捕获时间以及算法复杂度等性能指标进行了理论分析及计算机仿真验证。仿真表明,与传统的PMF-FFT方法相比,所提方法能够通过延长相干积分时间的方式有效提升高动态低信噪比卫星导航信号的捕获概率、降低捕获时间。     

基于LEO辅助的北斗B1C高灵敏快速捕获算法

随着低轨(LEO)卫星数量的不断增加,利用LEO星座辅助增强GNSS导航性能已经成为一种新的趋势.针对低信噪比环境下B1C信号难以捕获的问题,提出了一种基于LEO辅助的B1C信号高灵敏快速捕获算法.首先对提升接收机捕获灵敏度进行了分析,对比了相干积分与非相干积分对于信号处理增益的影响,得出在低轨导航增强信号的辅助下采用增加相干积分时间的捕获算法对低信噪比条件下B1C信号的捕获更有效.然后提出了一种基于LEO辅助的B1C高灵敏快速捕获算法,从理论分析和实验仿真两方面,对比验证了在LEO辅助下可以显著提高B1C信号的捕获灵敏度,缩短捕获时间,提高捕获效率.     

四阶累积量MUSIC算法及其在谐波提取中的应用

MUSIC方法具有很好的分辨性能,而四阶累积量具有良好的盲噪声特性,将四阶累积量与MUSIC方法相结合,将能够很好的应用于诸如动态目标回波谐波特征等微弱信号的提取.文中简要说明了四阶累积量MUSIC算法的构造方法,以及为了降低算法的估计方差而进行的Toeplitz化预处理方法,详细讨论了谐波个数与谐波振幅对算法分辨性能的影响,认为对于有限的采样数,在一定的信噪比下,谐波数目和谐波振幅对算法的性能存在着一定的影响.文中应用四阶累积量MUSIC算法对某运动目标的实测回波进行计算,得到了目标回波真实的谐波构造特征,计算结果与目标的运动特性一致.     

一种孔径和频率二维稀疏的步进频SAR成像方法

 步进频率信号(SFWs)在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下能够获得高的距离向分辨率的同时,也存在着抗干扰能力较差及其等效重复频率较低的问题,并且在方位向积累时间内由于雷达载机工作状态的变化,会导致方位向的数据录取不完整。针对上述问题,提出一种孔径和频率二维稀疏的步进频合成孔径雷达(SAR)成像方法。首先,分析了稀疏步进频率信号(SSFWs)的SAR成像模型,然后基于压缩感知理论完成距离向成像处理。其次,针对稀疏孔径的回波数据,通过构造成像算子和压缩感知重建模型的方法实现其距离徙动校正和方位压缩处理,进而获得二维成像结果。相比于传统的步进频率信号SAR成像,利用所提方法能够在少量的频率资源和雷达回波数据情况下实现准确的SAR成像。最后,通过对仿真和实测的步进频率雷达数据进行成像处理,验证了所提方法的有效性和可行性。     

Frequency-Agile Radar Signal Processing

Modern radars may incorporate pulse-to-pulse carrier frequency modulation to increase probability of detection, to reduce Vulnerability to jamming, and to reduce probability of interception. However, if coherent processing is used for clutter rejection, the frequency of N consecutive pulses must be held constant for N-pulse clutter cancellation or Doppler filtering. If M pulses are transmitted during the time the antenna illuminates a target, there are M/N coherently integrated echoes available for noncoherent integration in the computer or the operator's display to further improve the signal-to-noise ratio (SNR). In this paper, analytical and simulation methods are employed to determine the balance between coherent and noncoherent integration that yields the greatest SNR improvement. Attention is focused upon a model using peak selection of fast Fourier transform (FFT) Doppler channels and is compared to a reference model involving only a single Doppler channel. Curves of detectable SNR as a function of M and N are presented for both models.     

脉冲雷达探测中高轨道目标方法及试验

通过分析中高轨目标雷达回波信号特性,给出一种基于空间目标动力学约束的回波信号相参积累方法,介绍了信号积累模式下中高轨道目标的参数测量方法。通过对国内某型号雷达进行中高轨目标探测支路改造及相关试验,获取试验数据并对其进行分析,验证了原理的正确性和方法的可行性。