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。      

LFM正交调制的FDA-MIMO雷达运动目标检测

频控阵雷达的提出引起了广泛关注,而频控阵多输入多输出(FDA-MIMO)系统是目前来说最可能实现的雷达系统模型。针对FDA-MIMO模型下的运动目标跨距离单元走动问题,本文提出利用keystone变换与FDA-MIMO结合的技术处理该问题。该技术有如下优点:FDA-MIMO可以实现波束角度距离自然解耦,进行二维波束形成准确定位目标角度距离,解决时变因素带来后续匹配滤波造成距离信息丢失的问题;同时与keystone算法结合可以进行距离徙动校正,便于采用多脉冲积累技术提高检测信噪比。理论及仿真结果证明,FDA-MIMO模型与keystone变换结合可以很好地处理运动目标探测中距离徙动问题,提高微弱低可观测目标的检测概率。      

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。     

频控阵雷达技术及其应用研究进展

与传统的相控阵只形成方位角依赖性的发射波束不同,频控阵通过在阵元间采用一个小频差来实现波束的自动扫描功能。频控阵能够形成具有距离依赖性和时变性的发射波束,克服了传统相控阵阵列因子不包含距离和时间变量的缺点,因而带来很多独特的应用优势。该文在作者的“频控阵雷达:概念、原理与应用”(《电子与信息学报》,2016, 38(4): 1000–1011)基础上,简要介绍频控阵雷达的基本原理,全面梳理近3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,讨论几种新的频控阵雷达技术应用前景,主要包括雷达对抗和雷达-通信一体化应用,并指出目前亟待研究解决的波束时变性、有效接收机设计、自适应信号检测与估计和原理样机研制等几个关键问题。      

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。      

一种频控阵鉴别距离欺骗目标方法的优化

针对一种雷达使用频控阵模式发射信号、相控阵模式接收信号的距离欺骗目标鉴别方法存在的不足,使用了一种干扰置零方法,使频控阵发射波束主瓣对准需鉴别目标位置处时其他待鉴别目标位于频控阵发射方向图的零陷上,避免了待鉴别目标若位于频控阵发射方向图较高旁瓣上时仍能使雷达收到其反射信号从而形成干扰的问题。针对常规频控阵方向图存在的距离?角度耦合问题,使用遗传算法对方向图进行优化,得到了具有更高分辨率的点状波束。将点状波束和干扰置零方法应用于距离假目标鉴别。计算机仿真结果表明本文的方法具有良好的假目标鉴别效果。     

基于矢量阵宽带MVDR聚焦波束形成的水下噪声源定位方法

该文研究了可应用于水下噪声源近场定位的矢量阵宽带MVDR聚焦波束形成方法,其中包括基于子频带分解的矢最阵非相干宽带聚焦波束形成(ISMMVDR-VFB)以及矢量阵相干宽带CSS-MVDR聚焦波束形成(CSSMVDR-VFB).两种方法将宽带MVDR高分辨方位估计方法及矢量阵信号处理技术与聚焦波束形成相融合,较常规聚焦波束形成具有更高的分辨力和更低的旁瓣级,能解决"左右舷模糊"问题并提高处理增益.与非相干算法ISMMVDR-VFB相比,CSSMVDR-VFB采用聚焦变换思想,可直接处理相干宽带信号,对于实际水声信号具有更高的适用性.最后通过对研究方法的空间谱仿真分析证明了其正确性和有效性.     

基于数字波束形成技术的北斗抗干扰终端研究

随着电子对抗环境日益复杂，卫星导航及通信领域的抗干扰技术已从传统的功率倒置自适应调零技术转为数字波束形成(Digital Beam Forming, DBF)技术。针对功率倒置算法不能提高卫星信号增益的问题，对数字波束形成技术进行了研究；针对空时多线性约束波束形成算法的硬件资源问题，对基于空频抗干扰算法的数字波束形成技术进行了研究。基于目前导航装备中常见的七阵元终端，将数字波束形成算法与功率倒置算法进行了仿真对比，开展了抗单干扰和五干扰仿真分析及满天星暗室实际测试。通过仿真分析及实际测试，同等干扰条件下，采用基于空频抗干扰算法的数字波束形成技术具有更高的输出信干噪比，以及更强的抗干扰能力。相关研究结果可以支撑北斗抗干扰终端的研发。     

基于稀疏时频分解的盲波束形成算法

针对现有盲波束形成算法通用性差,所需采样数据量大等问题,该文提出一种基于稀疏时频分解的盲波束形成算法。算法首先将传统的短时傅里叶变换转化为稀疏重构问题,利用交替分裂Bregman算法进行迭代求解。然后利用对各阵元的接收信号进行稀疏时频分解的结果,结合聚类和不确定集方法,实现导向矢量的最优估计。最后利用MVDR算法获得最优权矢量。该算法无需利用信号统计特性,实现了高效的盲波束形成。仿真实验结果表明,该算法所需数据量小,迭代步骤易于工程实现,较现有盲波束形成算法输出性能更优,适用范围更广。     

MIMO阵列波束形成方法研究

相控阵雷达无法分辨一个波束宽度内的2个目标,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)雷达阵列各阵元发射正交信号,提高了阵列系统的自由度,改善了雷达阵列系统分辨性能。文中给出了MIMO阵列相关滤波器组分离目标回波信号的原理框图,并进行了MIMO阵列常规波束形成器和最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器理论分析和仿真实验。仿真结果表明,MIMO阵列比常规相控阵列具有更高的角度分辨率。     

结合SBL的双脉冲频控阵雷达离网目标定位方法

目标定位是雷达信号处理中一个具有重要理论意义与实际意义问题。为解决频控阵雷达传统的目标定位算法存在计算量大、目标真实位置偏离空间离散采样网格等问题。本文将频控阵雷达特性与离网稀疏贝叶斯模型结合提出了基于稀疏贝叶斯学习的双脉冲频控阵雷达离网目标定位算法。频控阵雷达发送两个脉冲,其频率偏移量分别为零和非零,然后基于离网稀疏贝叶斯模型估计目标的方位角与斜距。这种方法可以理解为当频控阵雷达以零频偏发射脉冲时,在角度域中检测目标,然后通过适当选择非零频率偏移量在距离域中对目标定位。仿真结果表明,即使在较粗糙的采样网格下,该算法也能保持较高的估计精度,显示了其优于传统算法的优势,证明了该方法的有效性与可靠性。      

多频连续波雷达与角度-距离联合估计方法

频控阵（frequency diverse array）雷达存在角度和距离定位模糊的问题,基于频控阵与早期的多频连续波（multi-frequency continuous wave）雷达相同的测距原理,提出了改进的多频连续波雷达模型,通过采用相控阵接收的方式,克服了传统频控阵角度和距离定位模糊的问题.根据收发阵元数的不同,推导了四种配置下的信号模型,分析了多频连续波雷达相比传统频控阵可解耦角度与距离定位模糊的原因.新的多频连续波雷达实现定位的本质为三维多频估计问题,为此提出了一种基于迭代插值傅里叶系数（iterative interpolation Fourier coefficients））的角度-距离联合估计方法,理论分析了算法的性能.仿真结果验证了所提方案与算法的有效性.     

立体阵卫星导航抗干扰波束形成算法性能对比研究

卫星导航系统采用扩频通信体制．传播到地面的卫星导航信号淹没在热噪声中．导航接收机极易受到有意或无意射频信号干扰。抗干扰是导航领域的研究热点。本文设计了三维立体阵结构,并对其应用多种波束形成算法进行波束形成抗干扰性能仿真对比。立体阵实现了全空域来波方向的二维辨识．MVDR波束形成算法实现了有效卫星信号的高增益接收、干扰信号的零陷抑制。     

基于联合时空图拓扑结构的多通道语音MVDR增强算法

本文研究图频域内的多通道语音增强,利用图信号处理理论（GSP）构建一种时间-空间维度的联合图拓扑结构,在此基础上设计增强算法进行多通道语音消噪。具体而言,基于输入阵列某个麦克风输入帧间语音顶点信号的时间相关关系,构造时间维度上的一种图拓扑结构;同时针对多通道含噪语音,根据各通道接收信号的空间相关关系,构造空间维度上的一种图拓扑结构。基于时间和空间二种图拓扑构成的联合图拓扑结构,采用图频域内的最小方差无失真响应（MVDR）增强算法,进行多通道语音增强。仿真实验结果表明,在平均客观语音质量评估（PESQ）得分和平均拓展短时客观可懂度（ESTOI）评价指标下,本文所提出的基于联合图拓扑结构的MVDR波束形成（JG-MVDR）方法都优于常规图MVDR波束形成（GMVDR）方法和基于复高斯混合模型的MVDR波束形成（CGMM-MVDR）方法。      

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。      

基于经验模态分解的模态域MVDR方法研究

 矢量阵MVDR波束形成可有效地实现信号的空间谱估计,但它仅适用于窄带信号,当各目标强度相差较大时,难以实现对弱目标的有效检测.经验模态分解具有突出信号局瞬特征的特点,可将多分量信号分解成多阶固有模态函数.结合固有模态函数特性和MVDR窄带信号要求,提出了矢量阵模态域MVDR波束形成算法,并将中心频率的概念应用于固有模态函数,以此作为模态域MVDR波束形成算法的中心频率.海试结果表明:本方法可增强弱目标所在方位空间谱的能量,有效地实现强干扰下弱目标的检测.     

皮智能天线中的LMS自适应波束形成研究

自适应波束形成是智能天线的核心技术,其主要思想是利用自适应算法调整阵列权向量,使天线主瓣指向有用信号,干扰方向对准零陷,尽可能地提高阵列输出所需信号的强度,同时减小干扰信号的强度,从而提高阵列输出的信噪比.运用MATLAB仿真对LMS算法收敛性能进行常规研究,但重点研究了收敛因子、阵元个数、阵元间距等阵列系统因素,以及阵列接收信号过程中两波束夹角对LMS自适应波束形成性能的影响,为进一步优化自适应波束形成的性能奠定了基础.     

基于子带SDL的宽带自适应波束形成

针对宽带波束形成通常需要大量阵元或延迟线所带来的硬件开销较大,波束形成效率相对较低的问题,提出一种基于子带阵元延迟线（SDL）的宽带自适应波束形成算法。该算法首先建立子带SDL模型,然后利用分析滤波器组将阵元接收的宽带信号分解为子带信号并进行相应的子带线性约束最小方差（LCMV）波束形成,最后通过综合滤波器组得到全带的波束形成。仿真结果表明,子带波束形成不仅具有比全带波束形成更高的效率,更好的频率不变性,更强的抗干扰能力及更快的收敛速度,而且可以大大降低硬件开销。      

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。     

深空天线组阵相关合成算法的Simulink仿真与分析

为对深空网天线组阵中几种相关合成算法进行分析比较,构建了一种新的Simulink仿真模型。将其应用于某测控站天线组阵试验数据,验证了模型的可行性。在此仿真模型下,对Simple、Sumple和Matrix-free 算法进行了频标同源/频标不同源、弱信号/强信号、2/3/6个天线等组阵情况下的仿真分析。三种算法在频标同源情况下的合成效率均优于不同源的情况;强信号组阵情况下,三种算法的信噪比合成性能基本相当;Simple算法在6天线情况下,信噪比合成性能下降;Sumple算法在组阵的天线数目很少时,合成信噪比较低且不稳定,在天线数目较多时性能良好;Matrix-free算法性能稳健,合成效率始终大于95%。该Simulink仿真模型对于进行天线组阵信号相关算法的分析具有一定的价值。