频控阵雷达技术研究进展综述

由于频控阵雷达具有距离依赖性和时变性的阵列因子,能够克服传统相控阵雷达阵列因子缺失距离变量和多输入-多输出雷达发射阵列增益损失的缺点,但是,频控阵雷达在系统理论、信号处理和应用实现等方面仍存在诸多待解决的研究问题。该文分析了频控阵雷达技术的概念、内涵与外延,梳理了近五年来国内外关于频控阵雷达技术及其应用方面的最新研究进展,论述了频控阵雷达干扰与抗主瓣干扰、模糊杂波抑制与盲速目标检测以及定位欺骗方面的应用优势,并讨论了频控阵雷达技术的未来融合化发展趋势。      

频控阵雷达：概念、原理与应用

频控阵雷达是近年来提出的一种新体制阵列雷达技术,它能够形成具有距离依赖性的发射波束,克服了传统相控阵雷达不能有效控制发射波束的距离指向问题,并具有很多独特的应用优势。该文系统地介绍频控阵雷达的概念、原理和应用特点,全面梳理国内外关于频控阵雷达技术的研究文献,系统性地总结归纳频控阵概念、基本原理及其雷达应用特点等几个方面的研究现状,并分析频控阵雷达未来的应用前景和亟待解决的关键技术问题。     

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。      

基于频控阵波束锐化的主瓣干扰抑制技术

文中研究基于频控阵波束锐化的主瓣干扰的抑制问题,在非均匀对数偏频的基础上,利用频控阵列阵因子的空时耦合和变化、距离依赖的特性自适应的进行发射波束形成,在角度域-距离域上实现主波束锐化和精准指向,极大地抑制距离依赖和角度依赖的干扰。由于只在目标点处才会出现最大的波束能量聚焦,在接收端利用线性约束最小方差(LCMV)准则,空域上和期望信号完全对准主瓣干扰,利用距离依赖的差异也可以实现有效的抑制。仿真实验验证了方法的有效性。     

频控阵雷达空距频聚焦信号处理方法

针对复杂环境下对低可观测运动目标探测的迫切需求,该文在系统回顾近几年频控阵雷达国内外发展现状、频控阵雷达阵列结构设计及波束形成、距离和角度的联合估计等技术的基础上,提出了基于空距频聚焦的频控阵雷达信号新方法。充分利用频控阵雷达提供的发射波形自由度、阵元位置自由度、波束方位与距离相关性以及凝视观测的特点,即在空间(角度)、距离和频率(多普勒)的灵活自由度和能量集性,实现空-距-频聚焦和联合参数估计。仿真分析表明该方法具有提高复杂环境下雷达微弱动目标检测和参数估计的潜力,在杂波和干扰抑制、动目标精细化处理等方面有广阔的应用前景。      

认知频控阵雷达对随队假目标的动态零陷形成研究

电子战环境中,随队支援式假目标可在雷达照射主瓣内做非线性运动,这对基于相控阵体制的雷达实时地将波束零点对准假目标位置造成了困难。针对这一问题,提出一种基于频控阵雷达的动态零陷形成技术,系统通过从环境中提取干扰假目标距离信息,之后结合认知技术利用扩展卡尔曼滤波器获得假目标运动的外推轨迹,并将预测信息通过反馈回传至雷达发射模块,通过频控阵距离维波束形成技术调整发射权矢量使得波束零点指向干扰源预测位置。仿真结果表明:所提方法可以有效地实施对主瓣内运动的欺骗式假目标动态零陷,相比于不基于预测信息的波束形成技术具有显著的性能优势,为频控阵雷达抗主瓣欺骗式干扰提供了技术支持,在阵列信号处理方面具有一定的理论和实际意义。      

基于稀疏表示的频控阵MIMO雷达多目标定位

针对频控阵多输入多输出（MIMO）雷达,提出了一种基于压缩感知稀疏表示思想的目标定位算法。首先回顾了 MIMO 雷达和频控阵的特点,进而研究了频控阵 MIMO 雷达的性质,它不但可以具有MIMO 雷达的优点,而且能够感知目标的距离维信息,同时针对频控阵 MIMO 雷达接收数据模型进行数学建模,并把目标定位问题表示成稀疏表示框架下的代价函数。最后利用凸优化工具对代价函数进行优化求解,由所得稀疏权向量中的非零元素索引映射出目标的方位和距离信息。与现有的经典 MUSIC 算法相比,具有更好的定位性能,计算机仿真结果证明了所提算法的有效性。     

基于图信号处理的频控阵雷达目标定位方法

针对现代雷达应用对目标高精度测角和测距的需求,该文将图信号处理(GSP)应用于频控阵(FDA)雷达目标定位中,提出一种基于图信号处理的频控阵雷达目标定位新方法。首先,基于频控阵雷达几何模型及回波数据间的信号关联性构建回波数据的图信号模型,进而利用图傅里叶变换对上述图信号作图谱分解,构建2维谱峰搜索优化函数,最终有效获得目标的方位角-距离联合估计。仿真实验结果表明,该算法能够正确估计出目标的方位角和距离信息;在相同仿真条件下,算法的估计精度优于同类算法且提升了对弱目标的定位性能。     

基于频控阵的无源定位对抗技术

无源定位技术是现代电子战领域中重要的组成部分,然而现有的对抗无源定位系统采用的射频隐身、电子干扰等传统方法仍存在着很大的局限性。该文提出将频控阵技术应用到无源定位对抗领域,频控阵独特的波束扫描特性使得主波束在同一方位角度位置处的波束驻留时间缩短,无源定位系统无法长时间截获频控阵信号。另一方面,频控阵信号的时变特性使得无源定位系统接收信号信噪比大大降低,因此能有效地增加无源定位系统的定位误差,降低其定位效能。搭载有频控阵辐射源的电子系统在利用自身辐射信号对外部环境进行感知的同时,又能阻止敌方的无源定位系统对其实施定位侦察。理论分析和仿真验证均证实了频控阵辐射源针对干涉仪测向与时频差定位两种无源定位方法具备优良的对抗性能,该文的仿真实例显示采用频控阵辐射源时其探测精度明显降低,从而为研究同时具备主动探测和无源定位对抗能力的新一代电子系统提供了新的技术思路。      

频控阵特征及应用前景综述

频控阵是近年来提出的一种新体制阵列技术。与传统相控阵不同的是,频控阵通过在不同通道附加很小的频偏,使其波束图在远场成为随位置、角度和时间变化的函数。频控阵这种新波束的特征产生许多新的功能,具有很多独特的应用优势和广阔的发展应用前景。首先介绍了频控阵发展历程和基本原理,然后分析了频控阵技术实现难点,最后指出了频控阵可能的应用和发展方向。     

频率分集阵雷达技术探讨

频率分集阵(Frequency Diverse Array, FDA)雷达不同天线单元的发射载频存在微小的差异,从而带来了发射方向图距离角度时间依赖的特性,这一特性提供了FDA雷达新的信息和信号处理灵活度,也带了新的技术问题。该文综述了FDA天线技术及雷达应用的相关研究进展,并重点从雷达系统理论与工程应用的角度,着重分析了相干FDA雷达和正交FDA雷达两种体制的技术特点,指出FDA雷达在抗干扰、抗模糊中的应用优势,梳理了FDA雷达技术的难点和研究方向。      

前视阵频率分集雷达空时杂波特性研究

针对前视阵频率分集雷达,该文在其空时信号模型的基础上,详细分析了其杂波谱空时2维展宽特性和相位距离走动特性。杂波谱展宽特性表现为杂波谱时域和空域展宽,当步进频率较小并且阵元脉冲数不多时,杂波在空时2维平面展宽很小。相位距离走动只与距离、步进频率及脉冲重复频率有关;相位距离走动效应,导致距离模糊杂波在空域上的分离特性,将有利于距离模糊杂波的抑制。仿真实验验证了该文分析结果的正确性。     

基于频率分集阵列的机载雷达距离模糊杂波抑制方法

针对机载预警雷达运动目标存在距离模糊的问题,该文提出一种基于频率分集阵列体制的空时自适应处理(STAP)距离模糊杂波抑制方法。该方法利用频率分集引入的距离维可控自由度,将距离模糊数反映到信号的导向矢量中,通过将不同距离模糊区域的杂波和目标信号在空间频率域实现分离,并在不同的距离模糊区实现杂波抑制。该方法仅在一个脉冲重复频率下即可实现运动目标检测和距离解模糊,大大提高了机载雷达系统的性能。仿真实验验证了该文方法的有效性。     

基于固定与对数频偏的频率分集阵列雷达波束特性研究

常规频率分集阵列(FDA)雷达相较于传统相位控制阵列雷达具备独特的距离-角度均相关的波束特性,近年来多种不同形式的FDA雷达得到了广泛关注与深入研究,文中对基于固定频偏和对数频偏的FDA雷达波束特性进行了较为详细的分析,利用MATLAB 对两种形式的FDA雷达波束特性进行了仿真与比较。结果表明,通过改变阵元间的频偏形式、频偏量大小等,能有针对性地形成满足雷达不同探测需求的FDA雷达波束特性,能适应多变的探测环境和抑制干扰、提高目标探测能力。     

前视阵FDA-STAP雷达距离模糊杂波抑制方法

高重复频率前视阵机载雷达地杂波不仅存在严重的距离依赖性,而且存在距离模糊问题,传统空时自适应处理(STAP)方法在距离依赖和距离模糊同时存在时难以有效实现杂波补偿和杂波抑制。针对距离模糊下的机载雷达杂波抑制问题,该文提出一种基于频率分集阵列STAP雷达的距离模糊杂波分离与抑制方法。该方法利用频率分集阵列发射导向矢量的距离角度2维依赖性,通过空间频率域子空间投影实现距离模糊杂波的分离,然后对分离后的杂波分别进行距离依赖补偿,最终实现无模糊区域和模糊区域的杂波抑制和运动目标检测。仿真实验验证了该文方法的有效性。      

基于俯仰频率分集技术的波束形成方法

传统频率分集阵列雷达在水平阵元间引入线性频率偏差,其波束在方位维与距离维具有耦合性,且存在栅瓣。针对此问题,该文提出一种基于俯仰频率分集技术的波束形成方法。首先建立俯仰频率分集阵列雷达信号模型,详细分析了发射方向图的时间依赖性和栅瓣特性。然后通过设计接收端的阵元参数,合成无栅瓣的发射-接收方向图。仿真实验验证了所提方法的有效性,所得波束在距离维与方位维无耦合,且主瓣宽度较窄。