相控阵雷达目标径向速度数字精确测量技术

目标的速度及其加速度是弹道导弹防御相控阵雷达鉴别真假弹头的的重要特征量,同时对宽带雷达的一维距离像的速度补偿提供必要的信息．该文根据相控阵雷达多目标数据率低的特点,提出了细谱线目标速度精确测量的数字实现方法;分析了在目标截获中脉冲相关法与通道补偿法两种估计加速度方法的性能,并提出了解速度模糊的新方法,分析和计算．结果表明所提出的速度截获和解模糊方法是可行的．     

距离-速度-加速度联合模糊函数计算:信号动力学表示方法

该文研究宽带信号距离-速度-加速度联合模糊函数的计算问题。该模糊函数在直接计算时,时间尺度变化的宽带信号计算需要大的运算量,其计算精度直接影响了模糊函数的性能。该文基于信号的动力系统表示理论,将时间尺度变化宽带信号的产生同动力学系统结合,提出利用动力学系统同步理论的宽带信号距离-速度-加速度联合模糊函数的计算方法。该方法首先通过动力学系统产生时延和时间尺度变化的信号,然后由数字方式计算相关函数,从而获得宽带信号的模糊函数。计算机仿真结果表明,该方法具有运算量小、易于实时操作以及适用于非解析信号等优点。     

基于FRFT与Keystone变换的运动目标参数估计算法

目标运动参数估计精度是衡量雷达探测系统性能的重要指标。该文为解决目标运动参数的估计问题,建立了运动目标回波模型,在利用分数阶傅里叶变换(FRFT)估计加速度的过程中采用数据融合提高估计精度,在估计出加速度的基础上通过Keystone 变换和速度模糊通道解决距离走动(RCM)和多普勒模糊问题。仿真实验表明算法在估计精度和计算量上具有优势,并且对白噪声具有较好的鲁棒性。      

低重频雷达回波准最大似然速度估计

传统算法处理脉冲雷达的回波信号时,对于高速运动目标,往往会产生严重的速度模糊问题。对相参脉冲回波信号的距离 速度模糊函数进行分析,发现其盲速旁瓣在速度真值处达到最大值,在真值两侧的旁瓣对称逐渐减小。利用这个性质,提出了一种基于最大似然估计的速度粗估计算法,通过搜索盲速旁瓣的峰值位置,该位置对应的速度即为目标速度估计值。本方法利用少数脉冲回波,通过有限次数的计算,就能够得到具有一定精度的测速结果。仿真结果证明了本算法的有效性。     

低重复频率下的目标速度估计算法研究

研究了低重复频率下的目标速度估计问题,提出一种利用相邻回波脉冲的互相关函数进行测速的方法.首先利用每个脉冲起始频率与到达时间的线性关系,在时域上把回波脉冲串对准,使回波达到相参条件.然后对相参之后的相邻脉冲进行互相关运算,估计互相关函数的频率并根据该频率与目标速度的关系得到速度估计值.取所有估计值的均值作为目标速度的最终估计.该方法的估计精度小于无模糊速度,可以用于解速度模糊或作为最大似然估计迭代的初始值.     

基于直接相位差分的LFMCW雷达加速运动目标参数估计

针对LFMCW雷达中加速运动目标在跨距离单元走动情况下的参数估计问题,提出一种直接相位差分方法.该方法通过对二维差拍信号沿慢时间维进行直接相位差分,在消除了快、慢时间线性耦合项的同时实现了慢时间维相位的降阶处理.对差分后的信号进行二维FFT运算,根据其二维谱峰位置即可获得目标加速度的估计,同时还可以获取目标速度的粗略估计.根据估计值构造补偿函数分别对上、下调频差拍信号进行补偿,通过解耦合处理即可获得目标初始距离和初始速度的精确估计.详细分析了方法的性能,包括加速度分辨率、最大不模糊加速度以及信噪比改善因子,分析结果表明该方法较二次混频-DPT处理具有更低的信噪比门限.仿真结果验证了方法的有效性.     

基于空间斜投影的宽带多相干组 DOA 估计算法

针对宽带多相干组信号条件下传统的聚焦类算法性能下降的问题,提出一种基于空间斜投影的宽带波达方向(DOA)估计算法。该算法首先利用窄带解相干算法得到初始的DOA估计值,接着通过求解约束最小化问题得到各相干组信号的衰落系数估计值;然后,利用空间斜投影技术将不同的相干组信号分离,并利用聚焦变换将分离的信号聚焦到单一频点处;最后,利用窄带高分辨算法得到最终的DOA估计值。仿真实验表明:与现有的聚焦类算法相比,文中算法具有更好的估计性能,在较低信噪比情况下尤为明显;同时,文中方法对于相关性较低的空间色噪声也有一定适用性。     

宽带随机混沌雷达高速目标速度估计与成像

随机混沌具有真随机性、对初值敏感、易于产生和控制等特点,频率步进信号易于工程实现和处理,结合两者的优势,提出了一种载频随机步进的随机混沌信号(RSCFSCS)模型,用于高速目标的速度估计和距离维高分辨成像。首先,通过非周期函数激励非线性系统,产生不可预测的随机混沌信号(SCS),经频率调制后用作基带子脉冲。同时,将SCS通过映射变换得到跳频编码(FHC),用来决定调频脉冲串的载频步进。RSCFSCS 速度估计包括粗搜索和精搜索,粗搜索采用固定步长,保证速度偏差小于速度分辨单元,而精搜索采用黄金分割搜索算法可得到精确的速度估计。最后,子脉冲经相干合成形成宽带信号,实现高分辨距离成像。数值仿真表明提出的信号模型和处理算法性能良好。     

基于运动参数非搜索高速机动目标检测

该文提出一种新的高速机动目标检测与参数估计算法。首先,通过二阶Keystone变换(KT)消除距离频率与慢时间的二次耦合,并计算对称瞬时自相关函数(SIAF)。其次,对SIAF不同维依次进行尺度逆傅里叶变换(SIFT)、尺度傅里叶变换(SFT)和快速傅里叶变换(FFT)实现能量积累,在新的参数空间进行峰值检测得到径向速度模糊数和径向加速度估计值。最后,根据估计的参数构造补偿函数对距离徙动和多普勒扩散进行补偿,并通过KT算法实现目标检测和距离、模糊径向速度的估计,结合补偿的径向速度模糊数计算出不模糊径向速度。 由于不需要进行参数搜索,并且SIFT和SFT均能通过FFT快速实现,因此算法计算量得到大幅度减小。仿真实验验证了该算法的有效性。     

大时宽带宽积雷达空间目标距离像估计

采用二次相位滤波的方法,估计大时宽带宽积信号下空间目标的速度及加速度,并进行相应的运动补偿后获得目标一维距离像。首先,推导出具有大时宽带宽积信号的空间目标回波模型,分析了利用传统脉压处理后的数学表达式,给出不适合传统脉压处理的条件。为此,利用该方法得出速度和加速度估计值并进行二次和三次相位项系数及距离-多普勒耦合的补偿,以获得目标距离像。仿真实验验证了该条件下提取空间目标一维距离像的可行性。     

基于共轭噪声组的宽带噪声雷达机动目标参数估计

宽带噪声雷达参数估计时通常会采用宽带互模糊函数的方法,但是在处理机动目标时这种方法需要在距离、速度及加速度3维搜索而导致运算量巨大,为此该文提出一种基于共轭噪声组的机动目标参数估计算法。该算法首先根据回波伸缩效应预设多路通道,每路通道截取固定长度的噪声组内信号进行混频,然后利用分数阶傅里叶变换(FrFT)估计混频信号的多普勒相位,根据相位信息构造补偿函数,并对补偿后的噪声组信号利用频域尺度相关(FSC)算法估计回波的时延,最后联立多普勒相位及时延信息获取目标的距离、速度和加速度。该算法避免了目标参数3维搜索的过程,无需时域重构回波信号,较宽带互模糊函数方法极大地降低了运算量,整个算法都可通过快速傅里叶变换(FFT)实现,便于系统实时处理。仿真结果验证了该算法的有效性及优势。     

An Alternative Algorithm for Both Narrowband and Wideband Lorentzian Dispersive Materials Modeling in the Finite-Difference Time-Domain Method

In this study, an alternative algorithm is proposed for modeling narrowband and wideband Lorentzian dispersive materials using the finite-difference time-domain (FDTD) method. Previous algorithms for modeling narrowband and wideband Lorentzian dispersive materials using the FDTD method have been based on a recursive convolution technique. They present two different and independent algorithms for the modeling of the narrowband and wideband Lorentzian dispersive materials, known as the narrowband and wideband Lorentzian recursive convolution algorithms, respectively. The proposed alternative algorithm may be used as a general algorithm for both narrowband and wideband Lorentzian dispersive materials modeling with the FDTD method. The second-order motion equation for the Lorentzian materials is employed as an auxilary differential equation. The proposed auxiliary differential-equation-based algorithm can also be applied to solve the borderline case dispersive electromagnetic problems in the FDTD method. In contrast, the narrowband and wideband Lorentzian recursive convolution algorithms cannot be used for the borderline case. A rectangular cavity, which is partially filled with narrowband and wideband Lorentzian dispersive materials, is presented as a numerical example. The time response of the electric field z component is used to validate and compare the results     

New focusing scheme for DOA estimation of multipath clusters in WiMedia UWB systems without coarse estimation of angle of arrival

Ultra wideband (UWB) systems are expected to coexist with narrowband systems as well as other UWB systems. By estimating the direction of arrival of the multipaths, one would be able to limit the transmission to these directions and limit the interference to other systems. The focussing of subspaces is used to improve the resolution performance in direction of arrival estimation of wideband signals. The focussing matrix is calculated based on initial coarse estimation of DOA. The error in initial estimation results in an irreducible bias in final estimated DOA. By making use of the known pilot signals in Wimedia systems, a new focussing scheme is proposed in this paper that does not require coarse estimation. Computer simulation experiments validating this scheme are also presented. The bias in final estimation is drastically reduced.     

宽带DOA估计的类MUSIC波束形成算法

为了提高频域波束形成的宽带波达方向估计性能,提出了类MUSIC波束形成算法(MBM,MUSIC-like Beamfomfing Method).在频域将宽带信号划分为若干窄带信号,叠加各窄带的MBM算法的空间谱后其峰值对应角度即为宽带波达方向估计结果.MBM算法的主瓣宽度在不同分析频率下基本保持不变,计算量与常规波束...     

Doppler and acceleration tolerances of high-gain, wideband linear FM correlation sonars

An analysis is presented of the decorrelation effects of target velocity and acceleration on high-gain, wideband linear FM correlation sonars that match the received signal against a family of velocity reference functions, each of which is a different time-compressed or -expanded replica of the transmitted signal. Such sonars are shown to have velocity (i.e., Doppler) and acceleration tolerances far different from that predicted by narrowband radar theory. Unlike the narrowband case, the wideband velocity tolerance may be quite small and is approximately independent of the carrier frequency and inversely proportional to the time-bandwidth product (TW). Narrowband radar-type calculations of velocity tolerance can give erroneous results far in excess of the true value. This is because the narrowband velocity tolerance is derived entirely on the basis of temporal overlap loss, whereas the actual tolerance depends primarily on the slope difference between the frequency-time sweeps of the received and reference signals. High acceleration tolerance, without separate acceleration processing channels, can be achieved by cross-correlating the acceleration return with a "best match" velocity reference function. The resultant wideband acceleration tolerance is approximately inversely proportional to WT²and better than the narrowband tolerance by a factor of 12 Q (Q = carrier frequency/bandwidth). This improvement arises because the wideband reference functions are able to partially compensate for the nonlinearity imparted to the transmitted frequency-time sweep by an accelerating target, whereas such compensation is not possible in narrowband systems employing carrier-shifted reference functions.     

延迟相乘宽带LFM信号阵列测向方法

 为了充分利用宽带线性调频(LFM)信号的时域信息,实现对此类信号的阵列快速高精度测向,结合线性调频信号调制样式的特殊性,提出了一种基于阵列接收数据时域延迟相乘的宽带线性调频信号阵列测向新方法.该方法利用窄带阵列测向方法实现了对宽带线性调频信号的快速测向,其计算效率和对阵元间距的适应范围均优于常规的宽带聚焦类测向方法.仿真结果表明新方法在处理线性调频信号时具有比常规的宽带CSM方法更优的性能.     

一种高精度窄带相推测距方法

本文通过研究雷达回波信号特性,分析窄带信号相位信息,利用常规处理获得的速度和距离粗估计值辅助相推测速测距实现解模糊,获得高精度的速度值和距离变化值。采用游标测距方式实现窄带雷达跟踪目标距离估计,并通过宽窄带结合或包络估计距离样本处理等方式提高基准距离精度,从而利用窄带相推测距技术实现目标距离高精度测量。该方法在窄带跟踪雷达适用性强,对提高低频段雷达距离测量精度效果明显,在米波雷达试验中表明其相对精度比传统包络测距精度提高两个数量级。     

一种频率步进雷达目标运动参数估计方法

为实现低信噪比下目标的精确运动补偿,提出基于Keystone变换和Morlet小波变换的方法估计低信噪比下目标速度和初始距离参数。在分析频率步进雷达运动目标回波信号基础上,首先采用Keystone变换法去除回波信号高次相位项,然后对回波信号做IFFT运算,再进行FFT 操作,便可得到距离-速度二维参数谱。考虑低信噪比对参数估计的影响,文中将距离维参数谱通过Morlet小波变换去除噪声,进而获得目标运动参数的精确估计。最后计算机仿真实验进一步说明了该方法的有效性。     

基于网格模型的运动估计技术

网格模型的运动估计和跟踪在基于模型的编码方法中占有重要的地位,在现有的网格运动估计技术中,六边形匹配(Hexagonal Matching)是一种有效的网格模型运动估计算法,它采用局部最优和迭代策略相结合的方法得到较好的全局运动估计结果.六边形匹配算法由块搜索和迭代六边形匹配两步组成,同所有的基于模型的运动估计技术一样,六边形匹配算法也存在运算量大的问题难于满足实时编码需要.本文对六边形匹配算法从三个方面进行改进:用四步搜索替代全搜索、快速的纹理映射技术和有效的节点排序减少迭代次数.改进后的算法在基本上保证原算法的运动估计效率的情况下,算法的复杂度有明显的降低,使得基于模型的编码技术向实用化前进了一步.