基于联合优化松弛交替投影的组网雷达恒模波形设计

针对组网雷达工作频段拥塞、高自相关距离旁瓣及节点雷达间波形互干扰等问题,该文在恒模约束下引入联合优化松弛交替投影算法来设计稀疏频谱波形,使其同时具有低自相关旁瓣或低节点雷达间波形互扰特性。该算法利用功率谱与非周期相关函数的傅里叶变换关系将原优化问题转化为谱逼近问题,并通过多目标联合优化机制综合考虑各设计要求,引入松弛因子和加速因子扩展交替投影框架来优化收敛投影区,最终凭借快速傅里叶变换及加速交替投影机制实现迭代优化。仿真结果表明,该算法无需求解梯度,运算效率高且能够有效避免局部优化停滞,与当前流行投影算法及循环算法相比更适合工程实现。     

正交混沌二相编码OFDM雷达信号

针对距离欺骗干扰对雷达探测性能的影响,在波形设计中应尽量满足雷达发射信号的正交特性,即雷达发射波形具有更低的互相关和自相关旁瓣。采用具有良好自相关特性的混沌二相编码正交频分复用(OFDM)雷达信号,提出一种基于混沌粒子群算法的正交混沌二相编码OFDM雷达信号。以自相关和互相关联合最优作为适应值函数,利用混沌粒子群算法优化设计正交编码脉冲串信号。仿真实验结果证明,基于混沌粒子群优化的正交混沌二相编码OFDM雷达信号自相关旁瓣和互相关的最大值为–22.33 dB,具有良好的相关特性,对抗距离欺骗干扰有一定效果。     

基于交替投影的MIMO雷达最优波形设计

该文研究用于多输入多输出(MIMO)雷达的具有低相关旁瓣的恒模波形设计方法,这类波形可以抑制距离旁瓣遮蔽和不同信号回波之间的相互干扰。首先,根据非周期相关函数与功率谱(PSD)之间的傅里叶变换对关系,将波形的相关特性优化问题转换为功率谱优化问题;然后,基于功率谱拟合的思想,将设计波形的功率谱向理想波形功率谱逼近;最后,在时、频域交替投影的算法框架下,利用快速傅里叶变换(FFT)实现波形的优化设计。计算机仿真表明,该算法能够设计具有良好相关特性的MIMO雷达波形且运算效率较高。     

一种新的低旁瓣LFM噪声雷达波形设计方法

针对LFM噪声雷达波形旁瓣功率水平高的问题,该文将低旁瓣波形设计方法和LFM噪声雷达波形设计方法相结合,提出一种新的低旁瓣LFM噪声雷达波形设计方法。该方法首先建立低旁瓣LFM噪声雷达波形设计目标函数,将确定性二次相位和随机相位的组合关系转化为优化问题的约束条件,然后通过该文提出的修正循环算法(MCAN)迭代求解,使得设计的恒模LFM噪声波形同时具有低旁瓣和高多普勒容忍性。最后,仿真结果表明该算法能够降低波形模糊函数的距离-多普勒2维旁瓣,对静止目标和运动目标均能够起到较好的效果,且保证了波形的低截获概率性能。     

基于主优化算法的雷达波形设计

为满足雷达复杂工作场景任务需求,提出一种基于主优化(MM)算法的低相关旁瓣、稀疏频谱波形设计方法;该方法首先建立最小化积分旁瓣电平准则下的恒模发射信号模型,并考虑工作频段拥塞情况下波形稀疏频谱特性,进而建立低相关旁瓣和稀疏频谱任务需求下的主优化(MM)目标函数表达式,最后利用主优化(MM)思想构造最小化积分旁瓣电平或稀疏频谱的算法框架。仿真结果表明,该算法能够有效降低积分旁瓣电平,并能够在干扰频段形成频带陷波,且在码长较长时仍具有较佳效果。     

低距离旁瓣稀疏频谱波形相位编码设计

雷达系统可通过发射稀疏频谱波形(Sparse Frequency Waveform, SFW)克服同频窄带干扰问题,然而SFW通常具有较高的距离旁瓣,降低了弱小目标的检测性能。针对该问题,该文提出一种设计低距离旁瓣SFW的相位编码方法。该方法以联合最小化波形功率谱密度均方差和距离旁瓣为准则建立目标函数,并提出一种基于快速傅里叶变换的循环迭代算法(Cycle Iterative Algorithm, CIA)求解目标函数获得最优相位编码波形。随后将该方法扩展至多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达,设计一组具有良好自/互相关特性SFW的相位编码。该方法沿着使目标函数非递增的方向搜索,且无需求解共轭梯度,计算复杂度低,可快速设计并更新发射波形。仿真结果验证了该方法的有效性与灵活性。     

干扰背景下MIMO雷达部分相关信号设计

在干扰背景下,集中式MIMO雷达可以通过设计发射波形提高系统的输出信干噪比,然而优化后的波形通常会具有较高的自相关旁瓣,降低了接收机对弱目标的检测性能。该文提出一种干扰背景下MIMO雷达部分相关信号设计方法。该方法在兼顾发射信号峰均比(PAPR)的同时,在发射天线对正交恒模波形进行加权处理,并以最大化接收机系统的输出信干噪比为准则建立目标函数,给出一种基于拟牛顿法的连续优化算法求解目标函数,获得最优加权,使得系统的输出信干噪比得到提升。仿真结果表明,该方法能够有效地抑制干扰,并可自适应地将发射信号能量辐射向目标方向,提高系统输出信干噪比。     

高频地波雷达稀疏频率波形优化设计

高频地波雷达(High Frequency Surface Wave Radar, HFSWR)面临多种无线通讯系统的同频窄带干扰,发射具有频域稀疏的优化波形能够有效抑制干扰,改善HFSWR的检测性能。针对最优干扰抑制稀疏频率波形旁瓣较高及传统波形优化设计算法收敛速度较慢的问题,该文提出一种基于旁瓣约束的稀疏频率波形快速优化设计方法。首先建立了联合优化功率谱密度(Power Spectrum Density, PSD)和积分旁瓣电平(Integrated Sidelobe Level, ISL)的波形设计目标函数。随后提出了一种循环相位共轭梯度最优波形快速求解算法,该算法收敛速度快,运算量低。优化波形能够有效抑制同频窄带干扰,且旁瓣较低,有较强的战场环境适应能力。仿真结果表明了该方法的优越性。     

波形具有任意相关性时MIMO雷达的检测性能

基于Neyman-Pearson准则,研究了空间分集MIMO(多输入多输出)雷达发射波形相关时的自、互相关旁瓣对MIMO雷达检测性能的影响.首先,分析了波形的相关性,导致了在空间上和时间上的白高斯噪声变为相关色噪声,同时,使得接收的回波信号具有一定的相关性,影响了空间分集的效果;然后,通过理论分析得到了MIMO雷达在波形具有任意相关性时的检测概率和虚警概率的解析表达式.通过数值计算,得到如下结论:与发射正交波形相比,在高信噪比(SNR)工作时,M1MO雷达波形相关时的自、互相关旁瓣使得MIMO雷达的检测性能下降;在低SNR时,波形的相关性能够改善检测性能;波形的低自、互相关旁瓣对MIMO雷达的检测性能影响不大.     

基于谱逼近的瞬态极化雷达最优波形设计

针对瞬态极化雷达(IPR)两路极化波形相关度较高而导致的目标极化参数估计误差大的问题,该文提出纯相位谱逼近算法(POSAA)来设计具有低相关水平的波形对。首先,以积分旁瓣电平准则构建目标函数;然后利用相关与谱的傅里叶变换对关系,基于谱逼近的思想,推导了目标函数的频域表示;最后获得目标函数的梯度和Hess矩阵,并采用信赖域方法优化求解目标函数以获得理想波形。仿真结果表明优化后的波形对具有极低的相关水平,且利用该优化波形获得的目标参数误差远小于当前常见波形。     

互补码设计稀疏频率雷达波形

在频谱拥挤环境下,同频窄带干扰对雷达系统目标探测性能有较大的影响。针对此问题,稀疏频率波形是一个好的解决方案。波形在频谱上稀疏分布的特性可以有效地抑制同频干扰,自相关函数的低旁瓣特性保证了雷达的探测性能。本文提出了一种应用互补码设计稀疏频率波形的方法。首先,考虑两个序列的自相关函数,利用互补码良好的自相关特性,建立目标函数;其次,采用功率与旁瓣两种约束分别设计稀疏频率波形,适应不同的场景需求;最后,通过数值仿真比较,分析旁瓣抑制性能,验证优化设计方法的有效性。      

非均匀间隔OFD-LFM的MIMO雷达波形设计

正交频分线性调频(OFD-LFM)信号是多输入多输出(MIMO)雷达的一种常用发射波形,在分析其空时特性的基础上,针对空域合成信号自相关旁瓣存在的问题,该文提出一种非均匀间隔的OFD-LFM波形,并给出了相应的波形设计方法。该方法建立空时联合优化的模型,采用序列二次规划求解得到各信号的频率间隔和初相。所设计波形的发射方向图近似全向,空域合成信号具有良好的相关性能。     

混沌相位频率调制OFDM雷达信号研究

雷达波形设计逐渐成为现代雷达领域研究的热点,本文首先提出一种OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)混沌随机相位编码信号,并在此基础上用混沌序列对子载波进行频率调制,得到一种OFDM随机相位随机频率编码雷达信号形式,分析该信号的模糊函数、自相关特性以及子载波数对自相关性能的影响。同时,对该混沌编码信号存在的问题进行分析,并研究降低PMEPR(Peak to Mean Envelope Power Ratio,包络峰均比)的方法。仿真结果表明:基于混沌序列的OFDM相位频率组合调制信号具有更优的模糊函数和自相关旁瓣,混沌序列的复杂性和随机性使得信号具有更强的低截获特性。      

MIMO雷达方向图与稀疏频率波形联合设计

发射方向图设计与波形优化是MIMO雷达领域的热点,随着研究的深入越来越需要考虑包括频谱特性在内的雷达系统工作环境特性。针对采用传统波形容易产生互相干扰的频谱拥挤情况,本文提出了一种MIMO雷达方向图与稀疏频率波形联合设计方法。一方面保证了将能量集中辐射到所感兴趣的区域上的探测性能,另一方面由得到的稀疏频率波形可以避免MIMO雷达系统与其他同频工作设备互相干扰。该方法首先根据MIMO雷达方向图与波形矩阵的关系,列出具有稀疏频率约束与恒模约束的目标函数式;然后通过从期望方向图到自相关矩阵,再到恒模稀疏频率波形的步骤,应用循环算法求解目标函数;最后所得结果波形的方向图接近期望方向图,同时结果波形具有稀疏频率特性和良好的自相关特性。仿真结果验证了文中方法的有效性。      

频控阵MIMO雷达中基于稀疏迭代的多维信息联合估计方法

传统MIMO雷达为了获得准确的距离信息不仅需要引入转移矩阵,而且需要积累更多的快拍数。针对该问题,该文提出了基于稀疏迭代的频控阵MIMO雷达多维信息（距离、角度和幅度）估计方法,该方法利用频控阵MIMO的发射导向矢量不仅与目标的方位角有关,同时也与目标的距离有关这一特性,通过优化加权lq范数（0 q 1）的目标函数,采用稀疏迭代优化获取目标的距离、角度和幅度信息。该方法仅需单次快拍,并在每次迭代中求解到了目标的多维信息,故不需借助优化工具获得目标信息。仿真显示,相比DAS,IAA和IAA-R,该方法在有效减少快拍数和处理数据的同时,获得了高分辨率的目标距离、角度和幅度估计性能。      

基于变分模态分解和压缩感知的弱观测条件下雷达信号重构方法

针对弱观测条件下雷达信号存在数据残损的问题,该文提出一种基于变分模态分解和压缩感知(VMD-CS)的雷达信号重构方法。首先通过变分模态分解对采样数据进行降解去噪处理,其次在压缩感知框架下构造观测矩阵、稀疏表示字典矩阵,然后基于正交追踪匹配(OMP)算法重构出稀疏表示向量。在此基础上利用离散余弦稀疏矩阵重构信号,实现对残损雷达信号的数据重构。在连续丢失数据和随机丢失数据两种情况下,对实际采集的线性调频(LFM)雷达信号进行仿真实验。实验结果表明:在数据连续丢失率不高于30%或随机丢失率不高于60%的情况下,该文方法能有效重构雷达信号,在时域、频域和瞬时频率上能够准确逼近原始信号。     

MIMO-OTHR稀疏频分互补混沌调制波形设计

针对多输入多输出超视距雷达(Multiple Input Multiple Output Over-the-Horizon Radar, MIMO-OTHR),提出了一种稀疏频分正交相位编码(Sparse Frequency Division Orthogonal Phase Coded, SFDOPC)波形。考虑到超视距雷达工作在非连续分布频谱环境,设计了波形的稀疏频分结构。利用混沌序列天然的正交性、良好的抗干扰和低截获性能,将混沌序列映射为相位编码信号,调制在稀疏载波频率上。基于该波形结构,首先对混沌序列的相关性能进行了优化,利用自适应克隆选择算法最优化搜索得到互补混沌序列对;然后,根据实时监测得到的频谱环境,合理选择载频和带宽,在兼顾频谱环境的同时,可以进一步改善波形的正交性,最终得到一种稀疏频分互补混沌调制波形。仿真结果表明,该波形具备优良的输出特性。     

MIMO天波超视距雷达正交信号设计研究

多输入多输出雷达(MIMO Radar)体制综合采用多通道、等效发射波束形成技术,为天波超视距雷达(OTHR)面临的杂波多普勒扩展提供了一条有效的解决途径。具有良好的自相关性能和低互相关电平的正交波形集是MIMO雷达体制应用的关键。从信号处理的角度出发,利用互模糊函数对正交频分线性调频信号(OFD-LFM)的互相关峰值幅度及位置进行了分析,给出了正交信号的设计规律,仿真实验验证了分析的正确性。     

MIMO雷达正交相位编码信号设计及分析

针对MIMO雷达发射正交波形的要求,提出一种采用相位编码设计MIMO雷达信号的方法。该方法采用遗传优化算法,设计产生一组正交相位编码信号,并分析该组信号的自相关和互相关特性。文章最后分析了采用正交相位编码信号设计MIMO雷达信号存在的一些问题。