基于中国余数定理的跳频信号相时延估计方法

跳频信号每跳带宽窄且多跳间积累困难,利用传统方法对其时延估计精度都很低。针对该问题,该文充分挖掘跳频信号宽跳带的潜能,建立了多频点相时延估计模型,把时延估计问题转化为整周模糊求解问题;然后在解模糊过程中引入中国余数定理,针对非合作场景中模数无法选择的问题,提出一种基于虚拟频点的干涉相位外推方法,构造出鲁棒中国余数定理的适用条件;最后采用闭式鲁棒中国余数定理解算整周模糊,得到高精度的相时延。该方法具有精度高、运算量小、不依赖于信道衰落特性的优点。仿真结果验证了所提模型及方法的有效性和正确性。     

一种“北斗”三号精密单点定位的三频模糊度解算方法

精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)利用接收机收到的载波相位测量值进行定位,载波相位整周模糊度的固定影响着PPP的收敛速度和定位精度。采用B2a信号替代B2I信号,与B1I、B3I组成三频信号观测值组合,在此基础上对传统Boot-strapping方法加以改进,提出了一种改进的三频模糊度解算方法。该方法采用了超宽巷-超宽巷-宽巷-窄巷的解算策略,通过比较选择波长较长、电离层延迟较小、测量噪声较小的三频观测值组合,分别用于解算超宽巷组合、宽巷组合和窄巷组合的模糊度。当电离层延迟无法忽略时,所提方法通过引入额外的伪距观测量来消除在解算组合模糊度的过程中出现的电离层参数和几何参数的影响。实验表明,所提方法与传统方法在完成一次模糊度解算的时间上相差无几,但是相比于传统方法,所提方法具有更高的模糊度解算成功率。     

基于相关法的分布式全相参雷达相干参数估计及相参性能

针对一般结构的分布式全相参雷达,研究了基于相关法的时延差和相位差估计性能以及输出信噪比增益(oSNRg)。首先分别建立多输入多输出(MIMO)模式和全相参(FC)模式下的信号模型。然后重点分析估计相位差时的相位模糊问题,并提出一种有效的解模糊方法。数值实验结果表明:当输入信噪比足够高时,相关法能够获得稳健的相干参数估计,且oSNRg接近理想值。     

群时延相位线性回归测量方法及应用

为解决传统群时延测量方法在工程实现中存在的频率分辨率与测量精度不可得兼的矛盾,提出了一种基于相位线性回归分析的群时延测量方法。在GPS授时接收机电缆传输特性测试中的实验结果表明,新测量方法与GPS授时接收机测得的信号传输时延之间具有好的对应关系。     

分布式GEO SAR模糊度分析

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有短重访、广覆盖等优势。分布式GEO SAR由多个GEO SAR同时收发形成多个相位中心,具有可降低合成孔径时间、提高信噪比等优点。模糊度是雷达系统设计中的重要指标,传统SAR的模糊度计算通常在距离时域、方位频域进行。然而在分布式GEO SAR中,通常无需进行全孔径成像即可获得满足要求的分辨率,因而点目标的方位向信号带宽低于场景瞬时多普勒带宽,使得基于方位频域的模糊度计算方法失效。此外,双基地配置以及地球球形表面也给地面模糊区位置的计算带来困难。本文首先给出考虑地球球形表面的双基地GEO SAR模糊区位置的近似计算方法,然后给出分布式GEO SAR模糊度的计算步骤。仿真对比分析了传统频域方法与本文所提方法,并详细分析了单基地GEO SAR、双基地GEO SAR和多基地GEO SAR的模糊度特点。      

基于波束优化赋形方法的斜视星载SAR模糊抑制研究

距离模糊和方位模糊会严重影响星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的成像质量。现有的利用天线波束赋形来抑制模糊的方法在雷达正侧视成像时取得了优异的效果,但并不适用于雷达斜视的情况。针对这一问题,提出了一种基于平面阵列天线波束赋形的星载SAR二维模糊（距离和方位模糊）抑制方法。使用距离-方位模糊综合的模糊比（Ambiguity to Signal Ratio,ASR）指标来替代距离模糊比及方位模糊比,结合对不同斜视情形下天线波束变化的分析,充分考虑包含镜像模糊区在内的所有模糊区,建立了模糊比-天线权重优化模型。以模糊能量为目标函数、天线方向图掩模作为约束确立二次锥（Quadratic Cone Programming,QCP）优化问题,求解得到阵元幅度相位分布。仿真结果表明,所提方法可以通过调节模糊区对应的旁瓣幅值,灵活地抑制SAR斜视成像的距离和方位模糊,进而提高星载SAR的成像质量。     

基于周期模糊函数理论的信噪比估计

周期模糊函数表示周期调制连续波信号的时延-频偏平面的相关,不同的信号具有不同的周期模糊函数。针对雷达中频信号的信噪比估计,提出了基于周期模糊函数理论的信噪比估计方法。根据信号和噪声在周期模糊函数中的不同位置具有不同的表现特征,推导了在高斯白噪声背景下基于周期模糊函数的信噪比估计公式,给出了实现算法,同时和其他信噪比估计算法进行了对比仿真分析。结果表明,基于周期模糊函数的信噪比估计方法,特别是对低信噪比情况下,估计精度高,算法简单,易于工程实现。     

互质MIMO雷达的非圆信号降维DOA估计方法北大核心CSCD

针对传统互质阵列波达方向估计方法存在的自由度低、阵列孔径小、相位模糊等问题,提出了一种基于互质MIMO雷达的非圆信号降维波达方向(Direction of Arrival, DOA)估计方法。该方法结合了互质阵列与MIMO雷达的优点,利用非圆信号特性对阵列进行扩展,重构接收信号矩阵,然后进行降维处理,并利用噪声特征值的幂级数对噪声子空间进行修正,进一步提高算法精度。最后推导了文中方法的无相位模糊问题。仿真实验表明,文中方法能够有效避免相位模糊,大大提高自由度并扩大阵列孔径,与传统MUSIC算法以及互质阵列MUSIC算法相比,在估计成功率、DOA估计精度等方面均具有更好的性能。     

FDA-SAR高分辨宽测绘带成像距离解模糊方法

由于多普勒模糊和距离模糊的制约,星载合成孔径雷达（SAR）成像方位高分辨率和宽测绘带成像之间存在严重的矛盾.针对这一问题,该文提出了基于频率分集阵列（FDA）SAR系统的高分辨宽测绘带成像距离解模糊方法.该方法基于FDA的距离维可控自由度,利用FDA发射导向矢量的距离和角度二维依赖性,在空间频率域实现距离模糊回波的分离并对不同距离模糊区域分别进行成像处理,解决了星载SAR成像测绘带宽对方位高分辨率的制约问题.仿真实验验证了所提方法的正确性和有效性.     

随机稀疏调频步进信号距离像抗混叠方法研究

传统步进频率波形不模糊距离窗大小受载频步进量制约,将会导致距离像混叠等问题.针对此问题,基于压缩感知理论,研究了一种随机稀疏调频步进信号距离像抗混叠方法.首先对子脉冲进行脉压（Dechirp）处理,将处理后的回波信号看作为具有等效带宽线性调频信号回波的量测数据;其次根据子脉冲随机发射方式构造相应的量测矩阵,得到随机稀疏调频步进信号的压缩感知重构模型,并采用压缩感知重构算法得到高分辨一维距离像.最后,对该方法不模糊距离窗大小进行了分析,并给出了影响不模糊距离窗大小的因素和参数设置原则.所研究方法通过将随机稀疏调频步进信号的距离像合成处理等效为LFM信号的距离像合成过程,既降低了载频步进量对不模糊距离窗大小的限制,克服了距离像混叠问题,又提高了距离像合成性能.仿真实验进一步验证了本文方法的有效性.     

Ambiguity-function-based techniques to estimate DOA of broadband chirp signals

Various methods are available to perform direction-of-arrival (DOA) estimation for random sources. However, the work on DOA estimation of deterministic sources, such as broadband chirp signals, is quite limited. This paper proposes two novel methods for broadband chirp DOA estimation (BCD), namely the incoherent broadband chirp DOA estimation (BCD-I) and coherent broadband chirp DOA estimation (BCD-C). The proposed methods exploit the time-frequency structure of the chirp signal via the ambiguity function, which converts the absolute time and frequency of the chirp signal into relative time lag and frequency difference. The algorithms can be applied to arrays of any aperture size and arbitrary chirp rate signals. The signal frequency of the source can be higher than the conventional array design frequency, and the number of sources can be greater than the number of sensors as long as the signals are separable in the ambiguity function plane. These methods can be applied to single or multiple chirps with the same or different chirp rates. The performance analysis shows that our algorithms generally provide improvements in the DOA estimation of the broadband chirp sources.     

强度编码合成孔径激光雷达原理与实验

合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广,相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。由于传统线性调频模式受制于调频速率和非线性等因素,无法应用于高速运动平台。从合成孔径激光雷达原理出发,结合光通信调制手段,详细推导了强度编码合成孔径激光雷达编码压缩原理公式,并仿真验证了M序列应用于强度编码的压缩性能。通过对模糊函数推导与仿真,证明强度编码信号不存在多值性模糊和互耦合误差。搭建了基于光纤的强度编码距离向分辨率验证实验系统,选取长度1 023、码元宽度5 ns的M序列进行强度编码调制,利用2 000 m延时光纤进行了距离向验证。在考虑载波光幅值抖动的情况下,得到了0.787 5 m的距离向分辨率,精度误差5%。该文从理论与实验两方面证明强度编码合成孔径激光雷达的可行性,为工程实现提供了一定实践支撑。     

基于多重分数阶傅里叶变换ISAR快速成像算法

关于机动目标的逆合成孔径雷达成像技术在诸多应用领域扮演着重要的角色,但其应用一直存在一个严重问题——时变多普勒频率,它会在信号回波中引入高阶相位项,如调频率项,如果不对其进行精确补偿,最终获得的ISAR图像质量会出现明显恶化。针对上述问题,大量算法相继被提出用以实现调频率的估计,但是这些算法往往存在运算量大以及传递误差影响等问题。针对这些问题,本文提出了一种基于多重FRFT变换的ISAR快速成像算法。首先将ISAR回波信号用二次调频(QFM)信号模型进行建模,再利用相干积累广义立方相位函数(CIGCPF)对信号中的线性项与三次项进行估计补偿,随后提出了最小二乘分数阶傅里叶变换(LS-FRFT)的方法,通过多次LS-FRFT联合估计即可独立估计出调频项,这一处理能够有效降低运算量并消除传递误差的影响。考虑到测量误差以及低信噪比的影响可能降低误差的估计精度,在此前LS-FRFT的基础上,我们又提出了加权最小二乘分数阶傅里叶变换(WLS-FRFT)方法来进一步改善参数估计的精度与稳定性。最终通过实测数据验证了所提算法的有效性。     

利用FFT校正两个密集信号的频率和相位

在一个频率分辨单元及其附近只存在一个频率信号时,对频率和初相的校正有多种方法,如三点卷积校正法、幅度比值校正法和相位差法。而在一个频率分辨单元及其附近存在两个频率信号时,上述方法均告失效。目前人们提出识别和搜索方式,但这种处理不利于快速计算。本文在分析相位差法和幅度法的基础上,给出了直接计算。仿真结果证明这一方法简单有效,而且可以推广到同一频率分辨单元存在两个以上频率信号的情况。     

2D DOA and Frequency Estimation Method with One Vector-Sensor and Two Pressure Sensors Based on ESPRIT and Signal Power

We use one vector and two pressure sensors to form a sparse large aperture L-shape array for high performance two-dimensional (2D) direction of arrival (DOA) and frequency estimation. Because the number of sensors is small and there is only one vector sensor in the presented array, thus, the installation of sensors in the array is simpler and installation error is smaller, than the conventional array. Meanwhile, a high performance 2D DOA and frequency estimation method is presented. Firstly, utilizing single vector sensor and based on the ESPRIT, a group coarse 2D DOA and frequency parameters are obtained. Secondly, to restrain space noise or interference, a matrix filter is utilized to process the covariance matrix which comes from sensor array, so as to form a new covariance matrix which possesses high signal to noise ratio. Thirdly, utilizing the new covariance matrix and based on the ESPRIT again, accurate but ambiguity angles estimates are obtained. Fourthly, one signal power estimator and one optimization method are presented to solve the angle ambiguity and frequency ambiguity problems, respectively. The proposed method gains a high performance 2D DOA and frequency estimation results. Numerical simulations are performed to verify the feasibility of the proposed method.

     

基于多参数延时决策的低重频雷达速度估计方法研究

航迹滤波中引入速度量测可提高滤波精度,但低重频雷达测速存在模糊,针对距离微分或Kalman滤波速度估计精度不能完全满足低重频测速解模糊问题,提出了多参数延时决策方法的速度模糊滤波方法.该方法以贝叶斯航迹概率为决策依据,对于难以当前决策的速度参数进行多假设延时决策,可有效解决低重频雷达径向速度估计问题.仿真试验表明,该方法在解速度模糊的同时可进行带径向速度量测的滤波,能较大程度地提高距离估计精度,并在一定程度上提高角度估计精度.     

基于下变频TOF-TDC的飞秒级微波光子延时测量技术研究

提出了一种基于下变频的飞行时间-时间数字转换(TOF-TDC)原理的微波光子传输链路延时抖动测量技术,并详细地阐述了该技术的基本原理、系统构架以及参数设计等.该技术能以飞秒量级的测量精度以及大延时测量范围对信号延时抖动进行测量.环境因素导致的延时抖动严重地影响了高频模拟微波光传输相位传递,进而制约其在光控相控阵等领域中的广泛应用.所提出的延迟抖动测量技术从本质上解决了光传输链路在电子战、宽带雷达等宽带应用场合中稳相传输所遇到的一个基础性问题,具有很大的应用推广潜力.     

超短基线水声定位系统相位差解模糊算法研究

基于窄带信号的超短基线水声定位系统通常面临相位差模糊与定位精度之间的矛盾.针对信号频率较高时难以构造传统解模糊方法所需的小于信号半波长阵元间距的问题,提出了一种基于广义最大似然准则的相位差解模糊算法.该算法通过模糊数向量初始化将解模糊问题转化为多元复合假设检验问题,并采用广义最大似然准则判决,进而估计信号方向.该算法无需构造小于半波长的阵元间距,有效扩大了无模糊阵列孔径,且对阵元布放方式要求较低;充分利用了相位差观测数据的统计特性,测向精度接近克拉美-罗界.仿真结果验证了该算法的有效性.     

Noise radar using random phase and frequency modulation

Pulse compression radar is used in a great number of applications. Excellent range resolution and high electronic counter-countermeasures performance is achieved by wideband long pulses, which spread out the transmitted energy in frequency and time. By using a random noise waveform, the range ambiguity is suppressed as well. In most applications, the random signal is transmitted directly from a noise-generating microwave source. A sine wave, which is phase or frequency modulated by random noise, is an alternative, and in this paper, the ambiguity function and the statistical characteristics of the correlation output for the latter configuration are further analyzed. Range resolution is then improved because the noise bandwidth of the modulated carrier is wider than that of the modulating signal, and the range sidelobes are also further suppressed. Random biphase modulation gives a 4-dB (/spl pi//sup 2//4) improvement, but much higher sidelobe suppression could be achieved using continuous phase/frequency modulation. Due to the randomness of the waveform, the output correlation integral is accompanied by a noise floor, which limits the possible sidelobe suppression as determined by the time-bandwidth product. In synthetic aperture radar (SAR) applications with distributed targets, this product should be large compared with the number of resolution elements inside the antenna main beam. The advantages of low range sidelobes and enhanced range resolution make frequency/phase-modulated noise radar attractive for many applications, including SAR mapping, surveillance, altimetry, and scatterometry. Computer algorithms for reference signal delay and compression are discussed as replacements for the classical delay line implementation.     

基于方位向相位编码技术的方位向多通道SAR距离模糊抑制方法

距离模糊一直是影响合成孔径雷达(SAR)成像质量的重要因素之一。方位向相位编码(APC)技术是一种有效抑制距离模糊的方法,但是由于APC技术高度依赖于高过采样率,对于多通道SAR系统,APC技术的距离模糊抑制效果很有限。该文提出一种新的基于APC技术的多通道系统距离模糊抑制方法。该方法首先通过APC技术将部分距离模糊信号产生方位平移,通过额外增加接收通道数提供的额外信号自由度,能够在方位向上通过合适的数字波束形成(DBF)技术同时滤去距离模糊和重建方位向信号,因此距离模糊信号可以被很好地抑制。该文最后给出仿真结果,证明该方法的有效性。