基于杂波子空间估计的MIMO雷达降维STAP研究

 多输入多输出(MIMO)雷达是近年来出现的一种新体制雷达,针对MIMO体制的机载雷达开展空时自适应处理（STAP）技术研究是值得进一步努力的方向。本文研究了机载MIMO雷达STAP技术的降维算法,通过对STAP技术杂波抑制原理进行分析,推导并得到一种基于杂波子空间的降维算法。结合扁长椭球波函数（PSWF）的特点,提出了一种基于杂波子空间估计的降维算法,并与若干降维算法的杂波抑制性能进行比较。结果表明,当存在阵元幅相误差时,该算法在保持杂波抑制性能的同时能够有效地降低STAP算法的运算量。     

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。     

一种基于协方差矩阵加权的阵元误差补偿STAP处理

机载多通道阵列雷达天线在工程实践中不可避免地存在各类阵元误差,所产生的通道失配问题会对空时二维自适应处理的性能造成大的影响。对存在阵元误差时的阵列信号模型进行了分析,提出了一种基于协方差矩阵加权（CMT）的阵元误差补偿空时自适应处理（STAP）方法,在工程应用中该加权矩阵可通过地面天线定标及校飞过程确定,通过对总干扰协方差矩阵估计的加权预处理,可将实际阵元误差对STAP性能的影响控制在测量误差的影响范围,最后通过仿真验证了算法的有效性。     

一种MIMO雷达幅相误差估计方法

 针对单基地相关多输入多输出(MIMO)雷达中存在的阵列幅相误差问题进行了研究。给出了单基地相关MIMO雷达的阵列模型,并提出了一种MIMO雷达幅相误差估计方法。利用发射正交信号对阵列接收信号进行匹配滤波,可分离得到类似传统阵列的"虚拟阵列",利用分时信源数据将该阵列中真实导向矢量中信源波达方向(DOA)引起的相位与幅相误差分离开,通过构造代价函数得到波达方向估计值,进而分别得到发射阵与接收阵的幅相误差的估计值,同时给出了误差引入量分析。最后通过仿真验证了该方法的有效性。本文介绍的方法简单可行,适用于任意构型MIMO雷达的幅相误差估计。     

冲击杂波下的MIMO雷达DOA估计方法

研究了对称α稳定分布(SαS)冲击杂波下的多输入多输出（MIMO）雷达目标波达方向（DOA）估计问题,分别提出基于分数低阶最小方差无畸变响应(FrMVDR)的MIMO雷达DOA估计算法和无穷范数归一化最小方差无畸变响应（Inf-MVDR)算法。FrMVDR算法,首先进行冲击杂波特征指数的估计,然后使MIMO雷达接收阵列的分数低阶输出功率最小,实现MIMO雷达的DOA估计。为了避免FrMVDR算法对杂波特征指数估计,提出Inf-MVDR算法,首先用无穷范数对接收信号进行归一化处理,使归一化后的阵列输出功率有界,继而采用传统MVDR算法进行DOA估计。计算机仿真验证了上述两种算法的有效性;同时仿真结果还表明在冲击杂波下,MIMO雷达的空间分集特性可显著提高DOA估计的精度。     

基于多级维纳滤波的双基地MIMO雷达多目标定位方法

为了降低双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标定位过程中的计算复杂度,避免进行占主要计算量的协方差矩阵特征值分解或奇异值分解和二维空间谱的峰值搜索,将多级维纳滤波(MSWF)应用于双基地MIMO雷达多目标定位的研究中。利用MSWF的前向递推原理,得到信号子空间;然后利用ESPRIT算法估计发射角(DOD)和接收角(DOA),且DOD和DOA自动配对,实现了多目标交叉定位。分析了本文算法和ESPRIT算法的计算复杂度,并通过仿真实验及性能分析验证本文算法的有效性。理论分析和实验结果表明:本文算法在保证二维方位角估计性能的基础上,显著地降低了计算复杂度,缩短了运算时间,更加符合MIMO雷达信号实时处理的要求。     

二维嵌套混合MIMO相控阵雷达接收阵列设计

针对二维混合多输入多输出（MIMO）相控阵雷达发射阵列子阵分割带来的自由度损失问题,提出一种基于二维嵌套阵列的二维混合MIMO相控阵雷达接收阵列设计新方法。首先,给出一种由稀疏阵列和密集阵列构成的嵌套阵接收阵列的二维混合MIMO相控阵雷达信号模型;其次,通过对接收信号的协方差矩阵进行Khatri-Rao乘积处理,得到阵元位置差的差异阵列,形成接收阵元数目的虚拟扩展;最后,通过空间平滑处理进行波达方向估计。仿真实验表明,与传统二维混合MIMO相控阵雷达相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展虚拟阵元数目,提高雷达阵列自由度,进而提高二维混合MIMO相控阵雷达波达方向估计精度。     

机载MIMO雷达空时自适应杂波对消器

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达杂波分布呈现空时耦合特性,提出一种空时自适应杂波对消器.利用机载MIMO雷达的脉冲回波数据,构造杂波对消器的系数矩阵.通过空时自适应杂波对消器的预处理,可以有效地抑制杂波,并通过与常规空时处理算法的级联,最终可以有效提高动目标的检测性能.实现了由传统地基雷达杂波对消器向机载运动平台的推广.仿真结果表明,这种自适应杂波对消器不仅适用于正侧视雷达,对于非正侧视雷达也同样适用.     

MIMO雷达DOA估计阵列设计

 多输入多输出（MIMO）雷达的关键技术之一是天线阵列的设计。由于MIMO雷达同时增加了收发两端的相位中心,使得系统具有更高的空间分辨率和更多的自由度。论文从接收信号模型出发,对MIMO雷达发射正交信号的等效阵列进行了讨论,以波达方向估计为目标提出了一种MIMO雷达天线阵的设计方法,通过抛物线理论得出了收发组合的唯一性和合理性,然后通过分析各种收发组合给出了发射阵元的最佳间隔设置。推导了几种情景下的MIMO收发阵列最佳设计解析解,最后进行了仿真实验。仿真结果验证了算法的有效性。     

相控阵雷达多目标模拟器技术研究

提出了一种可动态检验相控阵雷达系统性能的多目标模拟器技术。介绍了多目标模拟器的工作原理、功能组成和系统模型，分析了模拟器应用于相控阵雷达性能和精度检查的可行性。     

基于多载频MIMO雷达的Radon-Fourier变换盲速旁瓣抑制

 长时间相干积累方法Radon-Fourier变换(RFT)中盲速旁瓣(BSSL)现象会导致雷达虚警增加、目标检测性能降低。针对BSSL问题,给出了一种基于多输入多输出(MIMO)雷达多载频设计的BSSL抑制方法。首先根据载频与BSSL分布的关系,详细推导了BSSL不交叠的约束条件;然后基于该约束条件给出了具体的载频设计公式。利用设计的载频可得到具有不交叠BSSL的两个RFT输出,通过联合处理这两个RFT输出,可实现BSSL抑制。给出了BSSL抑制性能的评价方法。理论分析和数值实验结果表明,本文算法能够在不降低RFT相干积累性能的同时,有效实现BSSL抑制。     

运动声呐空时自适应处理中的多普勒影响分析

为了将空时自适应处理(STAP)理论更好地应用于水下环境,提高运动声呐对混响的抑制性能,研究了多普勒对运动声呐STAP的影响。具体分析了由多普勒造成的回波脉宽伸缩变换以及目标空时导向向量失配带来的影响。分析结果表明,回波包络脉宽变化对于匹配滤波输出信噪比影响较小,而对空时导向向量修正可以有效提高目标方位估计精度以及混响抑制能力。     

基于3DT的空时自适应单脉冲参数估计算法

空时自适应处理(STAP)是机载预警雷达抑制杂波和干扰的一项关键技术,而多普勒三通道联合自适应处理(3DT)是适合工程实现的降维(RD)STAP方法。STAP目标检测后还需进一步估计目标的角度参数,因此将自适应单脉冲(AM)技术引入3DT,提出了一种高精度联合估计目标速度与方位空间角的空时自适应单脉冲算法。理论分析与仿真实验结果表明,当目标多普勒频率偏离检测多普勒单元中心频率时,该算法能同时减少目标多普勒跨越损失和空时导引矢量失配损失,进而提高输出信杂噪比(SCNR),改善目标测角精度。     

MIMO雷达的信号处理方法研究

在对多输入多输出（MIMO）雷达原理分析的基础上,研究了MIMO雷达的信号处理方法,并给出了两种信号处理实现方法。理论分析和公式推导表明,这两种信号处理实现方法具有相同的输出结果,计算机仿真结果也表明了结论的正确性。另外还对这两种实现方法的运算量进行了分析和比较。     

军用机雷达、飞控和显示技术的新发展

雷达新一代战斗机雷达正在研制中,它们以F-22的有源电子扫描阵(AESA)雷达为代表。这种雷达由1000多个发射/接收(T/R)模块组成,每个模块能产生约10瓦的平均功率,总峰值功率可达兆瓦级。其波束能迅速改变方向或波形,故在以交替模式工作时,可迅速由一种模式转换成另一种模式,两种模式对航空电子系统来说似乎同时发生,好像有两个不同的雷达在工作。可靠性高是AESA雷达的重大优点,它不会突然发生故障,即使有几个T/R模块失效,性能也不会显著降低。据说这种雷达的无维修寿命可达20000小时,与飞机寿命相同。     

基于迭代SVD—切向插值方法的MIMO系统降阶

为了进一步提高多输入多输出(MIMO)时不变系统模型降阶算法的精度和效率,结合奇异值分解(SVD)降阶和切向插值降阶方法的优点,提出了一种基于迭代SVD-切向插值模型降阶方法(ISTIA)。对于MIMO时不变系统模型降阶,其优点是计算简单有效、性能鲁棒。最后通过对标准算例和气动伺服弹性(ASE)模型的降阶仿真,证明了本文方法的准确性和有效性。     

MIMO雷达射频隐身性能优化的目标跟踪算法

随着现代战场中电子对抗的日益激烈,雷达的生存环境受到了严重的威胁。射频（RF）隐身技术是一种提高雷达及其运载平台战场生存能力的重要途径。为提高雷达射频隐身性能,针对具有MIMO探测模式的新体制雷达提出了隐身性能优化的目标跟踪算法。该算法基于射频隐身性能优化模型,通过自适应控制系统的子阵划分个数、平均发射功率、波束驻留时间以及采样周期,在满足系统跟踪性能要求的前提下优化系统射频隐身性能,其中的射频隐身性能综合考虑了截获因子及采样周期。仿真结果表明,与传统相控阵雷达相比,本文所提出的目标跟踪算法使MIMO雷达具有更好的射频隐身性能。     

一种机动多目标雷达视频信号模拟器的设计

给出了一种机动多目标雷达视频信号模拟器的软硬件设计方案,它可实时输出所需的多个动目标雷达视频信号,雷达信号的类型、目标的数量、目标的回波特性、目标的运动特性、杂波的类型及参数等均可方便地进行设置。该模拟器可满足各种雷达信号处理算法(如杂波抑制、恒虚警检测、动目标跟踪、多基地数据融合等)的测试与效果分析,以及对雷达信号处理机等进行性能调试与测试的需要。     

常用脉冲重复间隔估计算法

雷达信号分选是电子战系统(EW)与反辐射导弹(ARM)的关键技术,脉冲重复间隔(PRI)是信号分选与识别的一个重要参数,它决定了雷达的最大无模糊距离和最大无模糊径向速度。目前以脉冲序列的自相关函数为基础,利用脉冲到达时间(TOA)提出了多种脉冲重复间隔估计算法。本文介绍了几种常用算法的原理,讨论了各算法的缺陷,并给出了PRI变换应用于抖动PRI序列时的计算机仿真结果。最后分析了各种算法的性能与适用范围。     

基于SVD的雷达嵌入式通信波形设计方法

雷达嵌入式通信(REC)是一种在雷达后向散射回波中嵌入通信信号的新型隐蔽通信手段,相较于传统的隐蔽通信方式,REC具有更加优越的隐蔽性能,在军事和民用领域都有着非常广阔的应用前景。波形设计一直是REC中的重点研究目标,为了更好的通信可靠性和抗截获性能,提出了一种基于奇异值分解(SVD)的REC通信波形设计方法,给出了SVD波形设计的算法原理,并对SVD波形的通信可靠性、抗检测性能、抗截获性能和算法复杂度进行了仿真和分析。结果表明：相较于传统的REC波形,SVD波形可以实现完全正交,并且与雷达回波信号局部上分离、同时保持整体上的相似,具有更好的通信可靠性、低检测概率特性(LPD)和低截获概率特性(LPI),同时没有显著增加算法复杂度。