PFDA阵列点状波束形成及干扰抑制特性研究

频率分集阵列(frequency diverse array, FDA)通过波束指向自由度的增加,为雷达系统在空间、时间以及频率控制等方面的性能提升提供了可能。针对现有文献中较少研究的平面FDA(planar FDA, PFDA)展开分析。首先,分析了PFDA阵列的阵列结构及接收信号处理机制,推导了PFDA阵列的线性增量-时变频偏增量。之后,在采用非线性频控函数的同时,将PFDA阵列划分为基于单边子阵、对称子阵以及交叉子阵的阵列结构,从而将一维FDA阵列的方向图解耦技术扩展到二维面阵。此外,研究了基于PFDA阵列的稳健波束形成技术。最后,仿真验证了本文结论的正确性。     

基于频控阵的多普勒波束锐化高度表设计

多普勒波束锐化(Doppler beam sharpening, DBS)是飞行器实施地形跟随或地形回避的重要技术。针对飞行器高度表在DBS工作模式的射频隐身需求, 利用频率分集阵列(frequency diversity array, FDA)研究了基于射频隐身的DBS高度表。首先通过研究FDA的辐射方向图特性, 分析了FDA的频率增量依赖特性及其距离周期性对DBS模式的影响。以此为基础, 给出了对于DBS高度表的约束条件, 包括了FDA阵元间频率增量、脉冲重复频率、脉宽等, 同时建立了FDA-DBS高度表的射频隐身模型。仿真表明, 相对于相控阵和多输入多输出等阵列, 基于FDA的DBS高度表具有优秀的射频隐身性能。     

相控阵和频率分集阵双模式雷达联合目标检测

传统相控阵发射方向图仅是角度的函数，而频率分集阵发射方向图是距离/时间-角度的函数，发射方向图的差异使得两种体制各具不同的应用优势。本文提出一种相控阵和频率分集阵双模式体制联合目标检测方法。分析了双模式雷达的发射方向图特性，阐明了相控阵发射功率聚焦与频率分集阵角度宽覆盖结合的优势，提出了相控阵和频率分集阵双模式联合最优检测器，基于检测概率、检测信噪比对比分析了双模式体制相比于单一模式体制的目标检测性能改善。研究表明，相控阵和频率分集阵双模式雷达不仅在主瓣方向具有最优的目标检测性能，而且可以在较小信噪比损失的条件下兼顾旁瓣区域的目标检测性能。     

波形分集阵列雷达抗干扰进展

现代战场电子环境日趋复杂, 主瓣欺骗式干扰对雷达的生存能力构成严重威胁。传统阵列雷达无法对抗与目标角度相同的干扰, 而以频率分集阵为代表的波形分集阵列雷达, 通过发射端调制而具有额外距离维自由度, 增加了系统设计与信号处理灵活性, 为解决主瓣欺骗式干扰抑制难题提供了有效途径。本文总结了波形分集阵列雷达波束形成抗干扰的方法, 指出其在对抗主瓣欺骗式干扰上的优势, 并对波形分集阵列雷达抗干扰技术的难点与趋势进行了梳理。     

快衰落多径信道中一种简单的STF-OFDM传输方案

提出了一种基于空间时间频率(STF)编码的正交频分多路复用(OFDM)发射分集方案,这种传输方案可用于频率选择性快衰落信道。这种STF-OFDM传输方案具有时间分集增益,利用时域的DFT正交变换可以改进传统的SF-OFDM的性能。同时,这种传输方案在输出端采用对角化空频解码器,使得这种STF-OFDM对信道的时延扩展具有较高的稳健性。此外,所提出的STF-OFDM是一种简单有效的传输方案,其编码和解码的复杂度很低。     

宽带阵列互耦建模及其对DOA估计的影响

为了研究不同几何分布的宽带阵列对互耦效应的适应能力,建立了一种互耦条件下新的宽带阵列天线接收数据模型.基于该模型比较了互耦效应对各种测向方法性能的影响,以及几种常见阵列结构对互耦效应的适应能力.最后提出了一种宽带互耦补偿的思想,利用各频率点上互耦矩阵的测量值实现了对宽带阵列的互耦补偿.     

基于二次补偿的FDA-MIMO雷达抗主瓣欺骗式干扰方法

主瓣欺骗式干扰与真实目标具有相同角度, 传统相控阵雷达无法在空域对其进行区分, 严重降低了对真实目标的探测性能。针对此问题, 本文在频率分集阵列多输入多输出(frequency diversity array multiple input multiple output, FDA-MIMO)雷达中提出一种基于二次补偿的抗主瓣欺骗式干扰方法。首先, 通过对脉内主值距离进行前移补偿和对距离频率进行后移补偿, 等效于将欺骗式干扰从方向图主瓣搬移到旁瓣。然后, 借助奇异谱分析技术进行样本筛选以获得干扰协方差矩阵。最后,利用自适应波束形成的方法对干扰进行抑制。仿真实验验证了所提抗干扰方法的有效性。     

均匀线阵互耦和幅相误差有源校正改进算法

阵列互耦和幅相误差会严重影响MUSIC算法的测向性能,为此重点研究了由互耦和幅相误差引起的阵列误差校正问题。针对均匀线阵,提出了一种改进的阵列误差校正算法,它通过矩阵特征分解得到一组校正源的方向向量来估计阵列误差,改进算法充分利用了均匀线阵互耦矩阵的特殊结构,并通过交替迭代的方法实现了阵列误差参数的优化校正。计算机仿真结果表明,改进算法提高了参数估计精度,并且可推广应用于校正源方位存在偏差的情况。     

FDA-MIMO雷达稳健抗主瓣距离欺骗式干扰技术

频率分集阵(frequency diverse array, FDA)多输入多输出(multiple-input and multiple-output, MIMO)雷达可利用距离维自由度在发射-接收频率域内对欺骗式干扰进行抑制。但当存在目标导向矢量失配和协方差矩阵估计误差时,其抗干扰性能损失严重。针对该问题, 在FDA-MIMO雷达中提出了一种基于稳健波束形成的抗干扰方法。首先, 对剔除了残留噪声的Capon谱估计器在信号(或干扰)域内积分来构造期望信号(或干扰)导向矢量; 然后, 利用不同信号导向矢量间的正交性获得干扰功率并重构干扰加噪声协方差矩阵; 最后, 用更精确的导向矢量和重构矩阵计算自适应波束形成器的最优权值, 提高干扰抑制性能。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

一种用于下行传输的特征波束发射分集方案

发射分集要求不同发射天线的信道衰落是相互独立的,而作为智能天线核心技术之一的特征波束形成则需要利用发射天线之间的相关性来实现,它可以将衰落相关信道转换为相互独立的衰落信道。将发射分集技术和特征波束形成技术相结合,研究了一种用于下行传输衰落相关信道的发射分集实现方案。利用空域协方差矩阵的特征矢量作为空时码矩阵的加权因子,即利用相互正交的特征波束来承载空时码。载有空时码的特征波束可以选择空间能量最集中的方向发射信息,从而提高了发射分集在衰落相关信道中的传输性能,降低了系统实现的复杂度。     

基于区间算法的频控阵阵元位置误差分析

频控阵通过在各阵元的发射基频上引入一个微小的频率偏移, 可以产生距离和角度相关的波束，这使得频控阵在信息和信号处理中更加灵活。但是, 大多数文献在分析频控阵时, 都假设阵元位置是理想而无误差的。而在实际情况中, 阵元位置往往会存在制造误差, 这必定会让实际发射波束的各项性能指标偏离理论设计的性能指标。而目前，几乎没有关于频控阵阵列位置误差分析的文献, 因此迫切需要寻找一种对频控阵阵元位置误差进行分析的方法。提出一种基于区间分析算法的频控阵阵列位置误差分析方法，以分析各阵元位置误差对波束性能的影响。该方法首先假设各阵元位置误差在某个已知的区间, 然后通过一系列数值计算得到误差对波束性能影响的上界和下界, 最后通过仿真实验验证此方法的有效性。     

基于MVDR波束形成的FDA平台外干扰抑制

针对频控阵(frequency diverse array, FDA)在对与目标位置相近的平台外干扰进行抑制时, 传统FDA与非线性频偏结合不能实现距离-角度去耦合、对数递增FDA主瓣展宽较大和汉明窗加权FDA距离维旁瓣过高的问题, 在充分研究汉明窗加权的线性FDA(Hamming linear FDA, HL-FDA)方案的基础上, 对4种频偏方案的性能进行了分析, 提出采用FDA多输入多输出结构代替传统的一维均匀线性FDA结构, 通过结合最小方差无失真响应(minimum variance distortion free respinse, MVDR)准则, 将HL-FDA应用到MVDR自适应波束形成层面, 对平台外干扰进行抑制。仿真验证了HL-FDA在结合MVDR自适应波束形成算法后能有效地对抗距离-角度二维平台外干扰。     

基于频控阵的改进ESB波束形成算法

频控阵由于其波束方向图具有的距离-角度二维依赖特性而受到广泛关注, 理想情况下基于频控阵的自适应波束形成技术, 能够从距离维和角度维增强期望信号并抑制干扰, 但实际系统中较大的指向误差和采样协方差矩阵失配会造成算法性能严重下降。针对该问题, 提出一种改进的基于特征空间(eigenspace-based, ESB)自适应波束形成算法, 并将其应用在频控阵多输入多输出接收处理体制中, 仿真结果表明在5°的指向误差内, -20 dB信噪比, 及小快拍数的非理想条件下, 所提算法仍然能在目标位置附近形成高增益, 并在干扰位置形成零陷, 克服了传统ESB算法低信噪比条件下算法失效导致的波束方向图畸变问题, 具有更好的适用性。     

相干频率分集阵雷达匹配滤波器设计

相干波形频率分集阵(frequency diverse array, FDA)雷达通过引入阵元间的频率差异,在观测空间中形成距离角度时间依赖的发射方向图。针对相干FDA雷达体制回波接收处理的问题,提出了角度时间二维匹配滤波器,同时实现了快时间波形匹配和等效发射波束形成,不同于传统匹配滤波器。并进一步考虑某些应用情况下,通过设计匹配时间窗,提出了分段匹配的二维匹配滤波接收处理方法。将雷达脉冲时间划分为多个子脉冲接收时间窗,并采用发射方向图调制的角度时间二维匹配滤波函数对回波信号进行相干积累。仿真实验给出了所提接收处理方法的性能验证。     

基于频控阵的递推最小二乘波束形成算法

频控阵通过在阵元间加入远小于载频的频率增量,使波束的空间分布距离角度二维相关。基于频控阵基本结构,引入两种接收信号处理机制,并对其进行理论推导分析,仿真表明两种机制均能有效接收信号。针对指向误差存在,导向矢量失配导致主瓣发生偏移问题,采用递推最小二乘波束形成算法处理。仿真结果表明,存在指向误差时,该算法在两种机制中均能在目标位置形成主瓣,在干扰位置形成零陷,验证了算法在频控阵中应用的稳健性。     

Beamforming analysis based on CSB sin-FDA

This paper studies the adaptive beamforming algorithm based on the frequency diverse array(FDA)array where the interference is located at the same angle(but different range)with the target.We take the cross subarray-based FDA with sinusoidal frequency offset(CSB sin-FDA)as the receiving array instead of the basic FDA.The sampling covariance matrix under insufficient snapshot can be corrected by the automatic diagonal loading method.On the basis of decomposing the mismatched steering vector error into a vertical component and a parallel one,this paper searches the vertical component of the error by the quadratic constraint method.The numerical simulation verifies that the beamformer based on the CSB sin-FDA can effectively hold the mainlobe at the target position when the snapshot is insufficient or the steering vector is mismatched.     

低频共形阵的宽带波束域高分辨方位估计方法

针对共形布阵技术,提出了适用于低频共形基阵的宽带波束域高分辨方位估计方法。首先利用基于二阶锥规划的波束优化技术设计适用于低频共形基阵的宽带恒定束宽波束形成器,然后用设计好的波束形成器对基阵输出数据进行空域预滤波,使宽带信号的不同频率分量能无失真地通过,同时抑制旁瓣区的干扰,最后针对滤波后的多波束输出采用波束域高分辨方位估计方法估计目标方位。由于基于二阶锥规划技术设计恒定束宽波束形成器仅需要对主波束进行拟合,提高了设计精度,减小了聚焦误差,从而提高了方位估计的性能。计算机仿真和湖上实验数据处理结果验证了该方法能有效地估计出水下低频宽带目标声源的方位。     

结合伪随机特征码的多序列跳频通信方法

针对多序列跳频(multi-sequence frequency hopping, MSFH)通信系统在对偶信道存在干扰信号的情况下易引发误码的问题,提出了结合伪随机特征码的MSFH(pseudo-random feature coding MSFH, PRFC-MSFH)通信方法。在信道频率间隔内调制伪随机特征码作为信号来源的特征信息,减少对偶信道受干扰的影响,达到抗干扰目的。建立了PRFC-MSFH发射接收通信模型,根据模型推导了PRFC-MSFH在不同干扰下的误码性能。仿真结果表明, PRFC-MSFH在跟踪干扰条件下较常规跳频约有3~5 dB性能增益,在最坏多音干扰条件下较MSFH有约6~7 dB性能增益,具有较强的综合抗干扰能力。     

载频重频联合捷变雷达目标参数估计方法

针对载频-重频联合捷变体制雷达目标参数估计问题,提出了一种新的基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法的载频-重频联合捷变雷达目标参数估计方法。通过信号模型的空时等效,将时域信号的处理等效成空域阵列信号的处理,并将超分辨阵列信号处理方法应用到目标的参数估计中,从而把目标距离和速度的估计等效成阵列中二维参数的估计,解决了由于载频-重频联合捷变所带来的目标参数估计难题。仿真实验表明,所提方法能有效实现对目标距离和速度的超分辨估计。