频率分集阵列雷达研究进展

 与相控阵通过阵元之间的相差控制波束指向不同,频率分集阵列（FDA）雷达通过在阵元间引入频差的方式可以实现更高自由度的波束控制。概述了国内外频率分集阵列雷达的研究进程,重点从阵列结构及方向图解耦技术、电子反对抗技术应用、电子对抗技术应用等方面梳理并分析了FDA当前的国内外研究现状。在此基础上,针对基于解耦的FDA非时变波束控制、基于FDA的电子战技术以及基于FDA雷达实用化研究等后续亟待解决的关键技术难点问题展开分析。分析得出,要实现基于FDA的实战化应用,需要得到可行的非时变FDA距离-角度解耦波束控制方法,并开展基于FDA结构分析、发射波形设计和频控函数设计的综合应用研究,从而推进目前处于概念系统设计阶段的FDA雷达的实战化应用进程。     

FDA对测向时差组合定位的欺骗研究

针对雷达电子战中,敌方无源探测雷达通过接收干扰机信号实现测向定位,威胁我方干扰机安全的问题,提出一种基于频率分集阵列(FDA)的测向时差组合定位欺骗技术。首先在建立FDA阵列模型的基础上,通过欧拉公式得到采用非线性频控函数的FDA阵列因子及相位方向图;之后推导了FDA阵列作用于干涉仪测得的信号到达角β;之后,以虚拟干扰机位置与真实位置的欧氏距离D为评价指标,分析欺骗效果。仿真结果表明,阵列载频位于L、S波段的欺骗效果优于X波段。在一定参数范围内,D值随着阵列阵元总数、阵列载频的增加而增大。远场条件下,采用正弦及对数频控函数的FDA阵列在消除方向图耦合的同时,其定位欺骗的D值取值在6～10km之间。     

基于对数稀布阵的FDA-MIMO干扰抑制

波形分集阵列雷达作为一种将频率分集阵列与多输入多输出结构相结合的雷达新体制,在主瓣干扰抑制领域具有极大的应用前景.针对基于对数稀布阵的FDA-M IM O随队干扰抑制方法展开分析.首先将对数稀布阵引入FDA-M IM O体制,通过采用非线性频控函数改进基本FDA"S型"波束图带来的多极值问题;然后通过RCB算法修正随队干扰抑制过程中出现的导向矢量失配问题;最后,仿真验证了当目标与干扰在距离维可分但角度维较为接近时,该方法可在保持主瓣增益的同时实现对干扰的有效置零,从而为随队干扰的有效抑制提供了新的思路.     

频率分集阵列接收机结构设计及方向图分析

针对频率分集阵列(FDA)存在的发射方向图与接收方向图不聚焦、波束时变等问题,给出了三种FDA阵列接收机设计方案.在接收机设计中,基于频域滤波器和正交波形设计,实现了接收端各阵元信号的分离,解决了发射方向图与接收方向图在期望位置不聚焦的问题;通过二次下变频,消除了接收方向图的时变项,解决了方向图的时变性问题.理论推导及仿真结果表明该接收机结构的双程方向图处理增益、主副瓣比及主瓣驻留时间等主要性能指标均优于相控阵结构.     

非线性频偏FDA对测向系统的欺骗研究

与相控阵仅具有角度相关性的波束指向不同,频率分集阵列FDA通过在阵元间引入频偏的方式实现了具有更高自由度的电扫描波束。雷达方向侦查中,基于相位法测向的干涉仪通过比相器可以得出辐射信号到达接收机的相位、确定PA辐射信号到达角,威胁雷达安全。针对这一问题,基于FDA波束的“弯曲”特性研究了对敌方雷达方向侦查过程实现测向欺骗的可能。在通过非线性频控函数设计实现FDA波束图距离-角度解耦的基础上,仿真验证了远场条件下log-FDA、sin-FDA可对干涉仪测向产生欺骗,证明FDA对干涉仪测向的影响随着频偏增量Δf和阵元间距d增大而增强,且log-FDA始终比sin-FDA的性能更好。     

基于非线性频偏的频控阵波束控制研究

与相控阵波束指向只具有角度相关性不同,频控阵波束图是时间、角度及距离的函数.这一特性在抑制距离相关性干扰等方面有着巨大的应用价值,但其方向图所固有的距离-角度耦合会带来新的频控阵波束控制问题.如何消除距离-角度耦合关系是实现波束精确控制及目标精确定位的前提.针对这一问题,提出一种基于可变加载约束的最速下降-线性约束最小方差（SD-LCMV）算法计算最优权矢量,同时将对数、三角函数、指数函数及倒数4种非线性频偏增量方式引入一维均匀线性频控阵（ULA-FDA）阵列,仿真验证应用4种不同非线性频偏的ULA-FDA阵列发射方向图的解耦性能.之后,采用多信号分类（MUSIC）算法仿真得到不同频偏情况下的MUSIC谱函数,对比分析4种频偏增量方式下的目标距离-角度二维联合估计性能.此外,仿真分析了sin-FDA阵列的接收机结构方向图特性及基于sin-FDA收发共形阵列的3种接收信号处理机制,从而验证了非线性频偏频控阵（FDA）阵列结构的有效性.      

FDA发射干扰机对无源雷达干涉仪测向系统的欺骗机理

针对雷达电子战中,敌方无源探测雷达通过接收干扰机信号实现测向定位,威胁我方干扰机安全的问题,提出一种基于频率分集阵列(Frequency Diverse Array,FDA)的测向交叉定位欺骗技术。首先在建立FDA阵列模型的基础上,通过欧拉公式得到采用非线性频控函数的FDA阵列因子及相位方向图;然后推导了FDA阵列作用于干涉仪测得的信号到达角β、虚拟发射机在X轴的坐标位置x;接着,以干涉仪测向欺骗为基础,分析了FDA干扰机对测向交叉定位系统的欺骗原理及定位精度。仿真结果表明:通过合理地对载频、阵元数目、频偏的选择可以较好地实现在远场条件下FDA阵列对干涉仪测向的欺骗效果;在合理选择其他参数的同时,测向精度越高、定位模糊区面积越小,且定位虚拟干扰机位置始终落在50%CEP半径之外。     

频率分集阵列雷达波束的相位方向图特性

研究了频率分集阵列雷达波束的相位方向图特性.由于在各阵元之间引入频率增量,FDA雷达发射方向图,即幅度方向图具有角度-距离的二维依赖性,空间波束指向会随距离变化而发生变化,产生弯曲现象,然而FDA雷达的相位方向图却不具有该特性.本文提出了FDA模型建立法和欧拉公式法并建立了FDA相位分布模型;仿真分析建立的两种模型,比较得出欧拉公式法误差较小,因而选取其作为研究FDA相位方向图特性的模型;基于该模型,建立了FDA相位方向图,并仿真分析了等高线、等角线、等距线上的相位分布特性,确定了FDA波束的同相波前分布.理论分析与仿真结果表明,FDA波束的相位分布与相控阵相比并没有产生弯曲现象,且分布特性与相控阵基本一致.      

双基地FDA-MIMO雷达角度、距离及速度无模糊估计方法

在传统的相控阵雷达中,由于受到脉冲重复周期(PRF)的限制,距离估计精度和速度估计精度往往难以同时得到提高.该文将频控阵(FDA)和双基地多输入多输出(MIMO)雷达相结合,提出了一种基于双基地FDA-MIMO雷达的角度、距离及速度联合估计方法.文章首先利用FDA技术,使得雷达的发射矢量中包含目标的角度、距离甚至速度信息.然后提出了基于子阵的波形设计和解耦合算法以对发射矢量中距离-速度进行解耦合处理,并利用传统的子空间类算法对目标的发射角(DOD)、接收角(DOA)、距离和速度进行估计,最后文章提出了基于FDA的解模糊方法以解决距离和速度模糊问题.另外,该文推导了该方法下参数估计的克拉美罗界(CRB)并分析了其性能.仿真结果验证了所提出方法的能够对目标的角度、距离和速度进行无模糊的联合估计.     

双基地FDA-MIMO雷达角度、距离及速度联合估计方法

在传统的相控阵雷达中,由于受到脉冲重复周期(PRF)的限制,距离估计精度和速度估计精度往往难以同时得到提高。该文将频控阵(FDA)和双基地多输入多输出(MIMO)雷达相结合,提出了一种基于双基地FDA-MIMO雷达的角度、距离及速度联合估计方法。由于采用了FDA技术,雷达的发射矢量中包含了目标的角度、距离甚至速度信息。考虑到发射矢量中距离-速度的耦合现象,该文提出了基于子阵的波形设计和相应的解耦合方法。然后利用ESPRIT算法和基于FDA的解模糊方法,对目标的发射角(DOD)、接收角(DOA)、距离和速度进行无模糊估计。另外,该文推导了该方法下参数估计的克拉美罗界(CRB)并分析了其性能。最后,仿真结果验证了所提出方法的能够对目标的角度、距离和速度进行无模糊的联合估计。     

基于非线性增长频偏的频率分集阵列雷达波束仿真与分析

频率分集阵列(frequency diverse array,FDA)雷达具有距离与角度相耦合的波束特性,在与距离相关的干扰抑制或与距离相关的目标定位等一些运用上会受限。为消除这种耦合特性,出于实用性一般采用均匀线性阵列与非线性增长频偏。研究并比较了几种典型的非线性增长频偏形式,对这几种非线性增长频偏形式下的FDA雷达波束特性进行仿真,并分析比较各种频偏形式下FDA雷达关于距离和角度的波束宽度以及副瓣情况。研究表明,需结合实际运用需求和各种频偏形式的特点确定FDA雷达的最优频偏形式,以实现最佳波束运用效用。     

频率扫描阵列的ISAR成像技术

逆合成孔径雷达（ISAR）需要发射宽带信号,在与频率扫描阵列联合应用时,由于频率扫描阵列各阵元间馈线产生的相位差不能匹配发射或者接收信号频率的变化,因此该阵列在进行ISAR成像时对信号瞬时带宽有较大的约束。针对上述问题,论文将频率分集成像技术应用在频率扫描阵列上,通过不同时刻发射不同频率单频信号合成宽带,并且频率变化适用于频率扫描阵列的波束指向调节。该方法既能形成波束指向目标,又可以克服频率扫描阵列发射宽带信号时的限制,完成ISAR二维成像。在建立该方法的基础上,还针对阵列参数与目标航迹参数等对成像的影响进行了分析。结果表明,所提的频率分集ISAR成像技术,可在频率扫描阵列上实现对运动目标的二维成像。     

一种优化嵌套MIMO的无孔差合阵列设计

针对现有嵌套MIMO阵列自由度有限的问题,提出一种基于优化嵌套阵的优化改进方案。其不止保留了嵌套MIMO阵列设计的原有优势,具有阵元位置以及自由度的闭合表达式,而且极大程度地提高了阵列孔径以及自由度。优化嵌套MIMO阵列设计首先将优化嵌套阵作为发射和接收阵,其次对MIMO阵列的合阵进行做差处理,得到阵元位置的差合阵列。通过合理的设计发射和接收阵的阵元间距,可以获得一个无孔的差合阵列。当阵元总数给定的时候,通过分析阵列结构的特点,可以得到发射和接收阵的最佳阵元数目。仿真实验表明,与嵌套MIMO阵列设计相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展阵列孔径,增加自由度,从而提高MIMO雷达波达方向估计精度。     

跳频编码脉冲信号及其模糊图的绘制

跳频编码脉冲信号是一种新的脉冲压缩雷达信号形式，极具研究价值，模糊函数是对雷达信号进行分析研究和波形设计的有效工具，跳频编码脉冲雷达信号模糊函数的计算十分复杂，模糊图会制非常困难。本文通过运用模糊函数的卷积算法，应用Matlab语言简便快捷地计算并绘制了具有良好立体效果的三维模糊图，制作了Fd切面图、Td切面图和模糊度图，并给出了绘制方法。     

频率步进信号宽带模糊函数及其应用

为了有效解决基于窄带回波模型的窄带模糊函数已无法有效分析运动目标回波信号处理中的问题这一矛盾,在宽带回波模型的基础上提出了频率步进信号宽带模糊函数,分析了宽带模糊函数的性质,证明了窄带模糊函数只是宽带模糊函数在低速情况下的近似.基于宽带模糊函数匹配点的特性,提出了基于匹配点幅值的目标检测方法.仿真结果验证了该方法的有效性.     

OFDM系统中ICI消除方法的性能比较

OFDM系统对频率偏移极为敏感,频率偏移将导致子载波之间失去正交性,于是产生子载波干扰(ICI),从而降低系统性能.针对载波间的干扰,通过对由频率偏移导致的ICI进行理论分析,对抑制ICI的3种方法（基于符号变换的自消除方法、扩展（Kalman）滤波方法（EKF）及频域编码法）进行了性能比较,比较结果表明,频率编码法在不减少频谱利用率的前提下能有效地降低系统的频间干扰.