基于滤波器结构的压缩感知雷达感知矩阵优化

 压缩感知雷达的目标场景恢复性能要求不同目标的反射回波在压缩空间上的互相关性尽可能小。基于该思想,提出了压缩感知雷达感知矩阵优化模型,根据系统参数和任务信息,以降低感知矩阵互相关性为目标,自适应地构造发射波形和测量矩阵,提升系统性能。分别给出了基于滤波器结构的压缩感知雷达发射波形优化、测量矩阵优化以及波形-测量矩阵联合优化算法。仿真结果表明:本文提出的压缩感知雷达感知矩阵优化模型和算法能够有效地提高场景恢复精度。     

基于RIPless理论的层析SAR成像航迹分布优化方法

层析合成孔径雷达成像(TomoSAR)是通过同一观测区域不同入射角的多幅二维合成孔径雷达(SAR)图像在高程向进行孔径合成,从而实现三维成像。近年来,压缩感知(CS)被用于高程向稀疏场景的重建,高程向重建质量取决于观测矩阵的性质,而航迹分布是影响观测矩阵重构性能的重要因素。相比于度量观测矩阵重构性能的其他约束条件,RIPless理论具有有效、直观和计算简单等优点。提出了一种基于RIPless理论的压缩感知层析SAR成像航迹分布优化准则,从而在航迹数目一定的情况下,获取最优分布以实现高程向优化重建。最后,通过仿真和实验验证了所提优化准则的有效性。     

高距离分辨率的低截获概率雷达信号性能研究

首先,分析步进频率雷达信号实现高分辨率的优缺点,在此基础上设计了一种改进的步进频率信号-参差脉冲重复间隔步进频率信号;然后,分析了该信号的处理过程。与步进频率信号在高速目标下成像失真相比,参差脉冲重复间隔步进频率信号的多普勒性能有了很明显的改善。最后,分析了参差脉冲重复间隔步进频率信号的低截获概率特性。     

基于梳状谱发生器的毫米波相参脉压模拟器

研制了一种基于梳状谱发生器的全相参脉冲压缩毫米波雷达目标射频回波模拟器。通过与被测雷达共用基准频率参考信号,结合梳状谱发生器及DDS,保证了输出信号和雷达发射信号的相参性和快速频率跳变,实现较好的相位噪声性能和杂散抑制。该系统输出为Ka波段,带宽2GHz,步进100kHz,相位噪声小于一80dBc@1kHz,跳频时间小于2μs。     

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。     

基于孪生波形设计的频谱弥散干扰抑制方法

频谱弥散(SMSP)干扰是针对线性调频(LFM)脉冲压缩雷达的一种有效干扰手段.基于干扰信号的时频特征,提出了一种基于孪生波形设计的频谱弥散干扰抑制方法.首先,利用初始脉冲发射LFM信号,对受干扰回波进行Gabor变换得到时频分析结果,并估计干扰子脉冲数;其次,基于干扰子脉冲数设计第2个脉冲发射的孪生波形;然后,设计调...     

波形分集MIMO STAP雷达的灵敏度(英文)

空时自适应处理(STAP)是一种有效的机载雷达地杂波抑制方法,多输入多输出(MIMO)雷达是一种性能优于传统雷达的新体制雷达,近期STAP被应用于MIMO雷达以提高性能。MIMO雷达所发射的波形可以彼此相关或不相关。针对波形分集MIMO雷达的STAP处理,提出了一种统一的信号模型,基于此模型,将STAP的性能表示为波形协方差矩阵(WCM)的函数。对波形的影响进行了研究,证明灵敏度(即最大可检测距离)与WCM的最大特征值成正比。理论分析和仿真结果验证了波形对MIMO STAP雷达灵敏度的影响,相关结论可应用于波形的折中设计,以获得最佳系统性能。     

噪声调制连续波雷达信号波形射频隐身特性

雷达信号波形的射频(RF)隐身性能是雷达系统能否适应现代战场环境的重要因素,雷达射频隐身信号波形设计是现代雷达系统设计中的重要课题.首先,在介绍随机噪声信号雷达原理的基础上,基于Schleher截获因子阐述了噪声调制连续波雷达信号波形的射频隐身特性.然后,分析了高斯噪声相位和频率调制连续波雷达输出自相关函数和高斯噪声相...     

步进频雷达成像技术研究进展

步进频雷达发射窄带脉冲,利用多个脉冲合成宽带成像,对发射、接收分系统和信号处理平台的要求相对较低,是获得目标高分辨距离像的一种有效技术手段.从雷达系统设计和工程应用的角度出发,对目前国内外研究提出的具有代表性的几种步进频成像频域方法和时域方法进行了论述;介绍了不同处理方法在雷达波形和工作方式设计、合成宽带成像的性能、工程实现难度和适用任务场景等方面的优点和不足;探讨了各种方法工程应用的可能性.相对于其他方法,一种基于子脉冲去斜的步进频合成宽带方法在工程上更易于实施.     

相控阵主动雷达导引头波形策略

针对高脉冲重复频率脉冲多普勒(HPRF-PD)体制的相控阵主动雷达导引头中存在的距离遮挡问题,设计了一种新的波形选择策略。首先,利用提出的脉冲重复频率(PRF)波形选择策略,离线计算得到距离对应PRF的波形查找表。然后,通过叉积自动频率控制环路滤波(CPAFCLF)算法预估下个相参处理间隔(CPI)导引头与目标间的径向相对速度,并联合提出的基于Sage-Husa带有速度预测的自适应"当前"统计模型(SH-ACSMVP)算法得到的距离跟踪值,获得下个CPI的距离预测值。在跟踪机动目标场景中,相比于"当前"统计(CS)模型跟踪算法及基于"当前"统计模型的自适应无迹卡尔曼滤波(CAUKF)算法,本文算法得到的距离预测误差更小,误差收敛速度更快。根据此距离预测值从波形查找表中选择波形发射,作为下个CPI的发射波形,实现后续跟踪阶段的抗距离遮挡,提高目标跟踪性能。仿真结果表明了本文所设计波形选择策略的正确性及有效性。     

宽带认知雷达低峰均比波形快速设计算法

发射波形设计是宽带认知雷达系统的关键技术。为了提高宽带认知雷达系统对距离扩展目标的检测性能,建立了目标检测模型,分析了系统的检测性能,在此基础之上研究了基于最大输出信干噪比(SINR)的低峰均比(PAR)波形设计算法。通过将原波形优化问题等效为接收权值与低峰均比波形的联合优化问题,同时利用循环优化的思想,提出了一种低峰均比波形快速设计算法。相比于现有的梯度法以及凸优化算法,该算法所设计的恒模波形信干噪比与二者相当,但算法实现难度明显变小,计算复杂度明显降低。仿真结果证实了算法的有效性。     

一种组合型的探干一体化信号设计分析

针对雷达信号资源利用率有待提升、低截获性能不足的问题,提出 1种复合调制的创新型探干一体化信号波形。线性调频信号本身具有良好的低截获性能,伪随机码序列分量具有较好的干扰性,同时又能一定程度上扩展信号带宽,两者的复合调制信号具有良好的探测和干扰性能。对基于 LFM的探干一体化信号波形进行了调制原理分析,并分别从时域、频域、功率谱、模糊函数、自相关特性等角度分析其探测、干扰特性。仿真实验证明,相较于单一调制的线性调频信号,一体化信号具有更宽的频带、更优良的干扰特性和探测性能,同时,有更高效的雷达资源利用率。     

基于稀疏随机阵列配置的CS-MIMO雷达感知矩阵构造

压缩感知(CS)理论中的感知矩阵在观测数据获取和信号重建过程中起关键性作用。目前,大部分研究通过引入高斯随机矩阵作为测量矩阵实现压缩观测,这类测量矩阵对硬件要求很高,工程实现困难。提出了一种基于稀疏随机阵列配置的压缩感知-多输入多输出(CS-MIMO)雷达中的感知矩阵构造方法,当MIMO雷达阵元配置为满足某种概率分布的稀疏随机阵列时,发射与接收导引矢量的Kronecker积能够起到压缩测量的作用。从理论上分析了所构造的感知矩阵的归一化互相关系数、Gram矩阵以及阵列方向图之间的内在联系,并证明了当随机阵元位置满足均匀分布时所构造的感知矩阵满足压缩感知重构条件。在这种稀疏随机阵列配置方式下,既可以避免额外引入随机测量矩阵,又能减少所需的阵元个数,从而大大降低CS-MIMO雷达系统复杂度。仿真实验表明,该方法具有较低的感知矩阵归一化互相关系数,与满阵CS-MIMO雷达相比能够在减少阵元个数的同时获得良好的重构性能,且使重构所需运算量大大降低。     

基于三迭代与二阶锥规划的机载MIMO雷达稳健降维STAP方法

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)中期望目标导向矢量的失配问题,提出一种基于三迭代(TRIA)与二阶锥规划(SOCP)的稳健降维MIMO-STAP方法。首先将MIMO-STAP权矢量分解为发射、接收、多普勒3个低维权矢量的Kronecker积,然后分别限定实际发射、接收、多普勒导向矢量与假定导向矢量之间的误差范数边界,通过优化最差性能,利用SOCP对各个低维权矢量进行三迭代求解,最后进行权矢量合成。该方法在保证机载MIMO雷达获取稳健STAP性能的同时,通过三迭代降维处理,能够有效降低训练样本数需求与运算复杂度,因此更具有实际应用价值。仿真结果验证了算法的有效性。     

Doppler ambiguity resolution using multiple PRF

An algorithm for velocity ambiguity resolution in coherent pulsed Doppler radar using multiple pulse repetition frequencies (PRF) is presented. It relies on the choice of particular values for the PRFs. The folded frequency of the target signal is obtained by averaging the folded frequency estimates for each PRF, and a quasi maximum likelihood criterion is maximized for ambiguity order estimation. The fast implementation of this nonambiguous estimation procedure is based on the fast Fourier transform (FFT), The proposed waveform allows full exploitation of any (even) number of PRFs, which appears to be important for estimation improvement. The effects of the waveform parameters and the folded frequency estimation variance on the performance of the ambiguity order estimation procedure are evaluated theoretically and through computer simulations. Mean square error (MSE) curves are given to assess the Doppler frequency estimation accuracy. Finally, the new method is compared with a classical technique and the implementation of the algorithm in a clutter environment is addressed.     

On the Ambiguity Function of Random Binary-Phase-Coded Waveforms

The ambiguity function of truly random binary-phase-coded waveforms, as an approximation to those waveforms commonly employed in binary-modulated pseudonoise systems/encoded radar systems, is investigated. In a statistical sense, the ambiguity function is analytically derived in which the normally used deterministic cross-correlation process is replaced by its ensemble average. Various Doppler filter responses are presented and discussed. The results are compared with those obtained by transmitting an aperiodic maximum length pseudorandom sequence. It is shown that the ambiguity function of the latter case is closely represented by the ensemble-average response of the truly random binary signal.     

Radar Partial Coherence Theory: An Introduction

The nature of physical phenomena is such that scattering from portions of an object, a number of objects, or clutter, is not completely unrelated; the underlying environment causes some degree of order in the phenomenon. Radar partial coherence theory describes a structure for the general target, or clutter, and its relationship to radar cross section, waveform coding, and the radar output signal. The clutter ambiguity function is introduced for extended bodies and embraces the (Woodward) ambiguity function for a point target. Due to nonlinear effects caused by partial coherence within the general target, radar signals and targets are formulated in terms of mutual coherence functions. The basic quantities describing the radar output are 1) the radar mutual coherence function (formulated in terms of the radar waveform) and 2) the target mutual coherence function which depends upon target properties, physical environment, and viewing aspect. Random noise (independent point scatterers) and partially coherent portions of reflecting bodies are made accountable in the theory. Partial coherence effects are treated as patches of reflected energy: self-coherent energy patches plus mutually coherent energy among the patches.     

Optimum Signals for Radar

The research reported herein deals with the general problem of the selection of radar waveforms. The investigation is specifically concerned with the synthesis of radar signals which are optimum in the sense that they are characterized by ambiguity surfaces minimized over certain predetermined regions of the ambiguity plane. The weighted ambiguity surface is utilized as the weighted error criterion. This error criterion is mathematically tractable and pertinent to radar system performance but is not unduly restrictive as some orientation parameters are left unspecified for subsequent cost or penalty function analysis. The signal optimization is approached by variational techniques augmented by equality and inequality constraints, for example, limiting the amount of bandwidth or frequency modulation to be less than some system requirement. Several examples are presented demonstrating the optimization techniques and providing a minimum error for the stated problem. It is shown that for any given type of amplitude modulation of the radar signal, the variance or dispersion of the ambiguity surface is not decreased for any type of phase modulation added. The optimum signal for an elliptical weighting function is derived for several cases. The minimum error is shown to depend upon the constraints and the unspecified orientation parameters and, for one case, on the second moment of the signal.