一种基于PC和FPGA的通用中频雷达回波模拟器

提出了一种通用雷达回波模拟器硬件系统. 该模拟器系统以FPGA为核心器件,基于这种器件技术的强大功能和灵活性, 使得该模拟器与传统模拟器相比,具有可扩展、可编程和可升级的特性. 所开发的雷达回波模拟器经过测试,其性能指标满足应用要求.      

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。     

小波变换在大地回波噪声处理中的应用

基于小波变换的多尺度分辨特性,作者对连续信号、脉冲信号和宽平稳白噪声在小波域中不同分解尺度上的模极大值变化规律进行分析,根据它们的变化规律用Mallat快速算法设计出一套用于抑制低信噪比雷达回波中的干扰噪声、最大限度提纯真实回波信号的算法.仿真实验证明,该算法对抑制噪声作用明显,能较好地提纯雷达回波信号,这为低信噪比下雷达回波信号检测提供了一条有效途径.     

雷达杂波高精度模拟技术研究

雷达杂波模拟是现代雷达系统研制中不可或缺的一部分。从实际工程应用为出发点，结合理论研究，深入探讨了雷达杂波建模与仿真、划分雷达散射单元以实现多散射点和数字正交调制等相关方法，提出了一种高实时性、高精度的雷达杂波模拟实现方案。该方案基于数字射频存储(DRFM)理论框架，对相关杂波信号模拟、仿真方法进行了技术验证，并使用Matlab平台实现了杂波实时模拟仿真，采用多级滤波器实现了杂波信号内插以提升信号采样频率；通过FIFO等延时模块控制基带信号延时量，将散射点数提高到64点，实现了对雷达散射单元的高精度划分。整体利用System Generator开发平台搭建实验模块，实现了多散射点模式下，杂波信号与基带信号的数字正交调制。该设计方案可为后续雷达模拟器的硬件研发提供必要的参考。     

GNSS信号模拟器通道群时延标定方法

传统的全球导航卫星系统(GNSS)信号模拟器通道群时延标定方法有相位翻转点法和相关峰法两种,两者均在零伪距或固定伪距的特殊仿真场景下进行测量,且在通道传输特性非理想的情况下测得的群时延均存在偏差.提出了基于闭环伪距测量的模拟器通道群时延标定方法,并设计实现了GNSS信号模拟器通道群时延标定系统.首先,采用高速直接射频采样存储系统对模拟器正常星座动态仿真场景下输出的导航信号和秒脉冲(1 PPS)信号同时进行记录.其次,使用软件接收机对信号进行捕获跟踪,利用三次样条插值判定1 PPS上升沿位置作为伪距观测历元时刻,对软件接收机的伪距观测量和模拟器仿真的伪距记录值做数据比对,得到模拟器的群时延标定值.最后,分别利用上述方法对两种商用模拟器的群时延进行了标定,实验结果表明,闭环伪距测量法有效可行,测量不确定度优于0.7 ns.      

十二通道GPS信号发生器方案研制

为了测试GPS(全球定位系统)接收机的性能,需要应用GPS信号模拟器来模拟各种条件下真实的GPS信号.分析了单通道与多通道GPS信号的时域及频域特性,建立了十二通道GPS信号模拟器的数学模型.该模型应用了软件无线电的设计思想和内插理论,可以直接产生35.42MHz的中频信号,以降低硬件设计的复杂度.文中用SystemView软件的仿真结果验证了系统设计的可行性,并提出了该系统的硬件实现.      

PDR监控系统的快速以太网通信设计

根据脉冲多普勒雷达(PDR)信号处理机的回波数据信号量大的特点,采用FPGA控制以太网控制器DM9000A实现了以太网MAC层和PHY层的功能。同时,FPGA还实现了UDP/IP协议栈的功能,最终完成雷达监控系统与显示终端计算机以网络的方式实现互相通信。通过仿真分析得出,这种FPGA的协议栈实现方式与嵌入式协议栈的实现方式相比,提高了通信速率,满足了雷达回波数据(约20Mbps)的高速连续数据流的传输要求。     

电动负载模拟器多余力矩产生机理及抑制

介绍了直流力矩电机驱动的电动负载模拟器的机械结构和工作原理,建立了电动负载模拟器执行机构的数学模型并用方框图表示.分析了直流力矩电机的机械特性并指出其正常工作的范围.分析了电动负载模拟器在启动过程、正常运行和换向过程中多余力矩产生的机理,提出用基于结构不变性原理的前馈补偿方案来补偿多余力矩.仿真结果从理论上证明了前馈补偿方案可以很好地解决多余力矩带来的干扰,实验结果也证明了前馈补偿方案的有效性和可行性.      

82-92km高度范围大气湍流能量耗散率的一个个例研究

使用Chaff和落球火箭测量的垂直速度和温度数据研究湍流结构和它的产生.结果表明湍流存在多层桔构.在强湍流层,动力不稳定,和MST雷达回波功率间有好的相关,认为强湍流层和雷达回波与动力不稳定有关.水平速度垂直波数谱表明,观测谱与他和谱模式有极好的一致,认为强湍流层和雷达回波通过动力不稳定直接与重力波饱和相联系.      

基于最大熵法和遗传算法的SMSP干扰对抗方法

线性调频(LFM)信号是现代雷达常用的发射信号,可以有效提高雷达的检测性能,然而频谱弥散(SMSP)干扰应用于主瓣自卫式干扰时,干扰信号强度远大于目标回波信号,能够对目标回波信号形成遮盖,是一种有效对抗LFM信号的干扰样式。利用干扰信号与目标回波信号时频特征的不同,通过广义S变换(GST)凸显时频特征差异。运用最大熵法和遗传算法(GA)求取时频滤波器的分割阈值。通过构造的时频滤波器达到干扰抑制的目的。仿真结果表明:当干信比(JSR)大于10 dB、信噪比(SNR)大于0 dB时, 所提方法具有较好的干扰抑制效果,其中最大信干噪比(SJNR)增益接近25 dB。      

基于MATLAB间断照射雷达信号仿真技术

针对间断照射雷达信号质量分析过程中没有实际雷达的问题,根据复杂间断照射雷达信号产生原理,提出了用任意波形发生器和微波信号源模拟雷达波形的方法,基于软件无线电技术,给出了用MATLAB软件仿真复杂基带调制信号并导入任意波形发生器的具体实施方案。采用该方案设计的信号模拟方法,产生的信号涵盖调制副载波参数、脉冲同步信号、编码信息等丰富的内容,可以解决实验室环境中复杂间断照射雷达信号的获取问题。经过试验验证,该仿真信号的方案具有通用性好、易于实现等特点,可以为相同体制复杂调制信号的产生提供方法和手段,减少试验成本。     

基于MATLAB间断照射雷达信号仿真技术

针对间断照射雷达信号质量分析过程中没有实际雷达的问题,根据复杂间断照射雷达信号产生原理,提出了用任意波形发生器和微波信号源模拟雷达波形的方法,基于软件无线电技术,给出了用MATLAB软件仿真复杂基带调制信号并导入任意波形发生器的具体实施方案。采用该方案设计的信号模拟方法,产生的信号涵盖调制副载波参数、脉冲同步信号、编码信息等丰富的内容,可以解决实验室环境中复杂间断照射雷达信号的获取问题。经过试验验证,该仿真信号的方案具有通用性好、易于实现等特点,可以为相同体制复杂调制信号的产生提供方法和手段,减少试验成本。     

基于1.55μm的全光纤测速激光雷达

针对传统相干激光雷达难于实现本振光与信号光波前匹配的问题,设计了一种基于光纤低损窗口1.55μm的全光纤测速激光雷达.系统以全光纤器件构成整个光路结构,偏振无关光纤环形器与Cassegrain型望远镜组成收发合置光学天线.给出了激光雷达的整体方案和系统设计,并对接收机的光混频、天线与单模光纤的耦合、信号检测和数据采集处理等技术进行了讨论.通过实验说明,全光纤测速激光雷达对空间光随机噪声有较好的抗干扰能力,提高了干涉条文可见度和雷达系统的性能,所得的速度分辨率优于0.5mm/s,输出非线性度小于0.1％.     

雷达信号误差对舰载机全自动着舰控制的影响

基于常规舰载机使用的全自动着舰系统(ACLS),以及现役的作为主要导引方式的雷达导引着舰,分析了雷达导引过程中的信号误差对着舰的影响。从全自动着舰系统的组成和作用出发,建立完整的着舰仿真系统与环境,加入雷达信号测量数值、时间延迟和噪声杂波干扰3种不同类型的误差,以仿真误差存在时的着舰状况。通过计算着舰成功率,及其随误差量值的绝对值增大而减小的特点,验证了结果的正确性。该方法定量分析雷达信号误差的影响,既有助于着舰理论的研究,也对工程设计和应用具有指导意义。     

近前视弹载SAR的改进后向投影成像算法

针对现有的弹载合成孔径雷达(SAR)大斜视算法所处理的斜视角度受限,传统的后向投影(BP)算法运算量大以及已有的快速后向投影算法不能进行并行处理等问题,提出了一种适于并行处理的近前视弹载SAR的改进后向投影算法.首先根据近前视弹载SAR的几何关系,建立回波信号模型,然后在距离方向上对弹载SAR扫描场景进行等间隔分割,在合并子孔径的同时分裂图像,达到所需图像精度时停止合并和分裂,再相干叠加反向投影到扫描场景的分割小区域内的回波,这样就会得到扫描区域的弹载SAR图像.对于各个条带可以采取并行处理来分别成像,可以进一步提高成像速度.最后利用仿真回波数据和实测回波数据对本文改进算法进行验证,通过与其他算法的比较,证明了本文改进算法可以处理高达86°的近前视场景,并且处理速度大大快于传统BP算法的处理速度,再配合并行处理划分的条带,处理速度会快于现有的改进BP算法的处理速度.      

一种分布式小卫星SAR单视复图像信号仿真方法

总结了分布式小卫星合成孔径雷达(DSS-SAR,Distributed Small Satellite Synthetic Aperture Radar)回波信号仿真所需具备的基本功能.给出了DSS-SAR的空间几何模型和信号模型.空间几何模型由描述小卫星编队构形的Hill方程给出,信号模型由单视复图像信号模型、信号相关性模型和干涉相位的统计特性共同描述.结合空间几何模型和单视复图像信号模型,提出了一种简洁的DSS-SAR单视复图像信号的仿真方法.该仿真方法中,小卫星的空间位置是根据虚拟中心空间位置和小卫星的编队构形计算得到,因此仿真时能够任意设置小卫星群的编队构形.通过对圆锥三维地形和平地两种地面场景的进行回波信号仿真,结果表明该仿真方法不但能够实现DSS-SAR信号仿真必须具备的功能,而且还具有实现简洁、误差加入方便等优点.      

距离门信号级的机载双基雷达地杂波模拟方法

由于几何配置的多样性,双基雷达地杂波模拟比较复杂.虽然单基雷达杂波散射元划分的方法可用于双基地杂波仿真,但不利于特定距离门信号的分析.在比较了单双基地雷达地面散射元等距线的基础上,提出一种距离门信号级的机载双基雷达地杂波模拟方法,距离向以双程斜距分辨率划分椭圆环,推导出地面椭圆表达式和散射元坐标解析解,方位向引入椭圆中间参量,在保证多普勒分辨率基础上划分杂波元网格,给出杂波模拟中未知参量的计算.该方法不仅能进行所有观测区域杂波功率谱的仿真,且可完成某些或某个距离门杂波回波信号的计算分析,实现距离门信号级杂波的模拟.仿真结果验证了该方法的有效性.      

环扫SAR的快速聚焦成像算法

针对环扫合成孔径雷达的成像方法进行研究,分析了环扫合成孔径雷达的工作原理以及信号模型,并提出一种基于频谱分析的聚焦成像算法,该算法较好地校正了批处理数据内的距离徙动,适合对环扫SAR(Synthetic Aperture Radar)进行高精度成像处理.给出了块数据快速聚焦算法的流程图以及简单的推导过程,并在此基础上给出了环扫SAR成像处理的完整流程.较之经典多普勒波束锐化DBS(Doppler Beam Sharpening)非聚焦算法,这种聚焦算法计算量略大,但成像精度高;较之ECS(Extended Chirp Scaling)算法,虽然补偿精度稍低,但计算量大大降低.因此这种算法能够很好地用于环扫SAR高分辨率快速成像.计算机仿真结果验证本文算法的有效性.      

基于自仿射分形建模的干涉仿真

对合成孔径雷达干涉仿真进行了深入研究,阐述了干涉仿真的基本原理,分析了影响干涉合成孔径雷达图像质量的各种噪声干扰因素,重点讨论了干涉合成孔径雷达仿真模型以及建立准确模型的重要性.比较了目前常用的干涉仿真模型,分析了这些模型在仿真过程中存在的缺陷,并基于自仿射分形理论建模仿真了实际的干涉过程,获得了满足合成孔径雷达空间采样率的数字高程模型.仿真结果表明,利用自仿射分形理论仿真不仅可以真实逼真地反映自然目标场景的随机起伏特性和雷达图像特有的几何畸变现象,而且可以对去相干因素进行定量分析,同时有助于验证干涉处理算法和优化系统设计.      

A novel signal processing approach for LEO space debris based on a fence-type space surveillance radar system

The increase in space debris can seriously threaten regular activities in the Low Earth Orbit (LEO) environment. Therefore, it is necessary to develop robust, efficient and reliable techniques to understand the potential motions of the LEO debris. In this paper, we propose a novel signal processing approach to detect and estimate the motions of LEO space debris that is based on a fence-type space surveillance radar system. Because of the sparse distribution of the orbiting debris through the fence in our observations, we formulate the signal detection and the motion parameter estimation as a sparse signal reconstruction problem with respect to an over-complete dictionary. Moreover, we propose a new scheme to reduce the size of the original over-complete dictionary without the loss of the important information. This new scheme is based on a careful analysis of the relations between the acceleration and the directions of arrival for the corresponding LEO space debris. Our simulation results show that the proposed approach can achieve extremely good performance in terms of the accuracy for detection and estimation. Furthermore, our simulation results demonstrate the robustness of the approach in scenarios with a low Signal-to-Noise Ratio (SNR) and the super-resolution properties. We hope our signal processing approach can stimulate further work on monitoring LEO space debris.