宽频带宽扫描角多极化相控阵天线设计

为更有效地探测各类目标,设计了一种小型化宽带双极化天线。工作频段内天线单元驻波比(VSWR)≤2.5,单元辐射性能优良,波束宽度能够满足阵列扫描所需的覆盖空域。根据阵列天线理论分析,实现了阵列多极化形成与波束扫描同步。通过样机实测结果表明,该天线在f0~3f0的频段内实现了多极化,扫描覆盖空域为方位面±45o和俯仰±20o。     

机载相控阵雷达近程杂波抑制的俯仰向空域自适应算法

该文针对机载平面阵列相控阵雷达的动目标检测提出了一种俯仰向空域自适应的近程杂波抑制算法。该方法利用平面阵列天线在俯仰向的自由度,在近程杂波的支撑区域内沿着多普勒单元选取训练样本估计协方差矩阵,计算俯仰向空域最优权。在存在距离模糊的情况下,该方法可以自适应地滤除近程杂波,保留远程杂波,从而增强了杂波的距离均匀性,有利于提高后续的方位空域和时域STAP的性能。     

探地雷达阻性加载天线的应用研究

阻性加载技术可以有效拓展天线带宽、降低时域振铃.该文以双纽线构成平面印制天线的辐射臂, 分析阻性加载对其频域和时域特性的影响.通过数值仿真, 讨论了天线在两种阻性加载方式下阻抗带宽和时域波形的变化.设计了一款指数型微带转平行双线的巴伦, 并对巴伦和天线进行了加工及测试.测量结果表明, 天线时域波形拖尾振铃小于10%;在0.8~6 GHz频带内, 天线单元回波损耗小于-10 dB.将天线与雷达收发系统集成后, 进行地下目标探测实验.雷达探测结果成像清晰、浅层目标分辨率较高.该天线具有超宽带、低振铃、紧支撑等特点, 可满足便携式探地雷达的工程化应用需求.     

高隔离度的连续波雷达收发天线系统

连续波雷达在强杂波下低空目标探测方面较常规脉冲雷达具有显著的优势。由于连续波雷达是同时发射和接收, 提高连续波雷达收发天线隔离是实现低空远程探测的关键。文中采用减小收发天线的互耦法和吸收法,极大地提高了连 续波雷达波导缝隙平面阵列天线系统的隔离度,用试验验证了其设计的有效性,实测结果与仿真数据相吻合,隔离度大于100 dB,对连续波雷达收发天线隔离度的工程设计具有一定的参考作用。     

基于微波光电技术的未来数字阵列构想

大型数字阵列雷达的天线系统由辐射单元和成千上万个数字收发组件（DTR）组成,极其庞大与复杂,雷达的工程化和安全性是系统的难点问题,微波光子学将对未来大型数字阵列雷达产生重大影响,基于微波光电实现阵列信号远程收发与传输技术,对未来大型数字阵列雷达提出一种构想,使雷达天线系统由辐射单元和模拟光电收发模块（OTR）组成,天线系统实现轻质、低成本、远程安装,有效改善大型数字阵列雷达的架设灵活性和使用安全性,同时光电数字阵列模块（ODAM）设计空间将更加宽容,有利于雷达综合性能的提升。     

一种性价比高的TDM MIMO雷达系统设计和实验

基于大量使用昂贵的收发组件,传统的具有M阵元发射阵列和N阵元接收阵列的相干多输入多输出(MIMO)雷达系统实际应用受高成本的限制,文中提出一种性价比高的时分复用(TDM) MIMO雷达系统设计。首先,建立TDM MIMO雷达的收发结构模型;其次,从理论上对距离估计和角度估计进行了仿真比较,将TDM MIMO雷达与单输入多输出雷达通过实验对比验证;最后,结果证实相比于相同阵列的传统MIMO雷达,TDM MIMO雷达不仅目标波达方向性能未受影响,而且以较低的成本实现较高的角度分辨率。     

天线阵列编码合成孔径成像

合成孔径雷达(SAR)方位理论分辨率为天线长度的二分之一,使得SAR高分辨率、远距离成像对天线的要求相互矛盾。该文提出了对天线阵列编码的合成孔径成像方法,通过将长天线分解为子阵、发射不同的信号进行阵列编码、协同工作,提高空间能量利用率,实现子阵小天线的高分辨率以及全阵列长天线的高增益,从而解决了高分辨率与远距离成像难以同时兼顾的问题。在介绍阵列编码基本概念的基础上,给出了阵列编码雷达成像模型及处理流程,对系统的分辨率、信噪比、脉冲重复频率(PRF)及距离方位模糊等性能进行了理论分析与探讨。在飞行测试实验中,用4个子阵获取了方位分辨率优于0.1 m、幅宽超过8 km的连续条带图像,打破了传统SAR采用聚束模式实现高分辨率时只能小范围成像的制约,新方法为解决传统SAR的原理限制问题提供了有效的途径。同时,通过阵列编码扩展了信号维度,为雷达系统能力的增强提供了技术基础。理论分析及实验结果验证了该文天线阵列编码方法的显著优势及工程实现的可行性。      

多分辨率复合数字阵列天线的设计与实验

稀布阵列天线具有简化阵列结构、降低系统成本的优点,基于数字波束形成的稀布阵列天线技术获得了广泛地关注。基于作者所提出的多分辨率复合阵列天线技术(MRCA),该文设计了一个多分辨率复合数字阵列天线,并应用该阵列天线来进行单目标和双目标检测实验。仿真和实验结果均表明:与传统的均匀直线阵列天线相比,在相同的阵列天线单元数目的情况下,多分辨率复合数字阵列天线可以得到更窄的主波瓣和更低的副瓣,增强了阵列天线系统的方向性,提高了角度分辨率。      

互质阵列信号处理研究进展:波达方向估计与自适应波束成形

阵列信号处理是雷达领域各类应用的核心技术之一。近年来,互质阵列的提出打破了传统方法受限于奈奎斯特采样速率这一瓶颈,其稀疏布设的阵列结构和互质欠采样的信号处理方式大幅降低了系统所需的软硬件开销,为当前不断提升的实际应用需求提供了理论基础和技术前提。鉴于其在自由度、分辨率及计算复杂度等方面的性能优势,互质阵列信号处理的理论和技术研究受到了国内外学者的广泛关注。该文分别从波达方向估计和自适应波束成形这两个阵列信号处理领域的基本问题出发,介绍了互质阵列信号处理方向的研究进展。在互质阵列波达方向估计方面,该文总结了互质子阵分解方法和虚拟阵列信号处理方法等两类典型技术路线,并以此为基础介绍了压缩感知和无网格化技术在低复杂度和超分辨估计等方面的最新研究工作。在互质阵列波束成形方面,该文剖析了其与互质阵列波达方向估计问题的区别与联系,并介绍了面向互质阵列的高效鲁棒自适应波束成形设计方法。该文旨在通过对互质阵列信号处理研究前沿的分类归纳和总结,探讨各类方法的优势和未来的研究方向,为其在雷达等领域的产业需求和实际应用提供理论和技术参考。      

阵列激光合成孔径雷达高分辨成像技术研究

激光合成孔径雷达将合成孔径技术应用于激光频段,分辨率不受观测距离的限制,可实现远距离、超高分辨率成像。然而,受激光衍射极限限制,观测视场制约着激光合成孔径雷达对地观测实际应用。该文提出一种阵列激光合成孔径雷达技术体制,通过大功率阵列发射、阵列平衡探测接收、逐脉冲动态内定标实现了激光多路相干收发,成倍地扩大了成像视场。地面转台成像试验表明,成像分辨率优于3 cm(距离)×1 cm(方位),该项技术可为激光合成孔径雷达对地观测应用奠定基础。      

DOD and DOA estimation in bistatic MIMO radar for nested and coprime array with closed-form DOF

It is well known that sparse array can offer better angle resolution than that of uniform linear array (ULA) in the same number of physical sensors. But in bistatic minimum redundancy sparse array multi-input multi-output (MIMO) radar, it cannot offer closed-form degree of freedom (DOF) for the arbitrary number of sensors with direction of departure and direction of arrival estimation. Therefore, this article introduces a nested array and coprime array into sparse array to solve the problem. First, construct no holes difference-coarray by extracting specified covariance matrix elements. Then, transform the difference-coarray into ULA within bistatic MIMO radar through some mathematical operations. As a result, many angle estimation methods for traditional ULA can be applied to the sparse bistatic MIMO array radar. The proposed algorithm offers closed-form DOFs for sparse array and the array aperture is much larger than that of ULA with identical number of sensors. The usefulness of the proposed methods is verified through computer simulations.     

Unfolded coprime bistatic MIMO radar for joint DOD and DOA estimation: from viewpoint on aperture augment for sum coarray

Generally, the coprime linear array (CLA) consisting of two interleaved uniform linear subarrays can enlarge the array aperture to attain the better angle estimation performance compared with the uniform linear array (ULA). In this paper, we ulteriorly study the virtual sum coarray of the unfolded coprime (UC) bistatic multiple-input multiple-output (MIMO) radar whose transmitter and receiver array are both unfolded CLA from the viewpoint on the geometry and array aperture. The UC MIMO radar can be exploited to obtain the better joint direction of departure (DOD) and direction of arrival (DOA) estimation performance due to the larger array aperture. Furthermore, we propose an all sum coarray multiple signals classification (ASCA-MUSIC) algorithm for the UC MIMO radar. ASCA-MUSIC can fully exploit all the degrees of freedom (DOFs) in the sum coarray and can obtain the better estimation performance. We also prove that ASCA-MUSIC can avoid the phase ambiguity problem due to the coprime property. In addition, we devise a reduced complexity scheme for ASCA-MUSIC to reduce the high computational complexity and utilize Cramer–Rao Bound (CRB) as a benchmark for the lower bound on the root-mean-square error (RMSE) of unbiased angle estimation. Finally, the numerical simulations verify the effectiveness and superiority of the UC MIMO radar, ASCA-MUSIC and the reduced complexity scheme.     

Target Detection and Localization Using MIMO Radars and Sonars

In this paper, we propose a new space-time coding configuration for target detection and localization by radar or sonar systems. In common active array systems, the transmitted signal is usually coherent between the different elements of the array. This configuration does not allow array processing in the transmit mode. However, space-time coding of the transmitted signals allows to digitally steer the beam pattern in the transmit in addition to the received signal. The ability to steer the transmitted beam pattern, helps to avoid beam shape loss. We show that the configuration with spatially orthogonal signal transmission is equivalent to additional virtual sensors which extend the array aperture with virtual spatial tapering. These virtual sensors can be used to form narrower beams with lower sidelobes and, therefore, provide higher performance in target detection, angular estimation accuracy, and angular resolution. The generalized likelihood ratio test for target detection and the maximum likelihood and CramÉr–Rao bound for target direction estimation are derived for an arbitrary signal coherence matrix. It is shown that the optimal performance is achieved for orthogonal transmitted signals. Target detection and localization performances are evaluated and studied theoretically and via simulations.     

抗噪鲁棒性可分级的稀疏阵列频率和到达角估计

为提高空时域欠采样下的入射信号的频率和到达角估计器的抗噪鲁棒性，本文提出从改善联合估计器的两个基本问题入手解决此难题.在阵元排列与配置方面，构造仅包含3个阵元的互素松弛阵列，并且根据面向鲁棒性余数系统要求配置阵元间距；在频率和到达角参数重构算法的设计方面，本文用面向鲁棒性余数系统的重构方法替换了中国余数定理重构算法，并对抗噪鲁棒性调节机理做了深入详细的分析.仿真结果表明：经过以上两方面根本性的改进，本文提出的抗噪鲁棒性可分级的联合估计器，在无需增加硬件复杂度和系统成本的前提下，无论在频率估计还是到达角估计方面，其抗噪鲁棒性的信噪比阈值改善均可达到9dB以上.因而在雷达、遥感等被动感知领域具有较广阔的应用前景.     

激光相控阵与微波相控阵发射天线技术体制的比较

借鉴微波相控阵雷达技术,有的放矢加快探测型激光相控阵雷达的技术发展与应用,从仿学微波相控阵雷达发射天线基础知识入手,提出微波相控阵雷达发射天线与光纤激光相控阵发射天线可比较的部分技术参数;分析了光纤激光相控阵发射天线的技术要点与潜在能力,并立足现有研发水平对其系统功能与规模进行了预测;尝试对光纤激光相控阵与微波相控阵天线的技术特点与面临主要问题进行了论述;提出两者体系内互相配置,不仅有助于提高微波相控阵雷达在复杂电磁环境下对中近程高速、隐身和多目标的探测、识别与定位能力;同时也可适当减少激光相控阵对目标大范围区域搜索的压力的观点。     

基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达DOA估计算法

针对传统MIMO雷达可分辨目标数受限于虚拟阵元数的问题,该文提出一种基于嵌套阵的MIMO雷达阵形设计新方法并改进了相应的稀疏DOA估计算法。首先分析对传统MIMO雷达的虚拟阵元进行嵌套采样给DOA估计性能带来的影响;然后提出嵌套MIMO雷达阵形设计方法,在虚拟阵元数相同的情况下,该阵形比传统阵形分辨更多的目标;最后提出一种基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达改进DOA估计算法,该算法使用噪声子空间加权,在提高分辨率的同时可以有效消除伪峰。仿真结果验证了该文算法的有效性和优越性。     

基于互质阵列孔洞分析的稀疏阵列设计方法

针对互质阵列产生连续延迟较少且冗余度高的问题,该文提出了两种基于互质阵列的稀疏设计方法.首先,通过分析阵元位置对互质阵列差分共阵总延迟和连续延迟影响,得出互质阵列在去掉特定阵元后,将不改变连续延迟拓扑.然后,优化传感器阵列布局,在保持整个阵列的阵元数不变的条件下,增加阵列连续延迟数量.其后,分别推得了两种提出阵列设计方...     

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。     

A High-Resolution Imaging Radar at 580 GHz

We have developed a high-resolution imaging radar at 580 GHz. Coherent illumination in the 576-589 GHz range and phase-sensitive detection are implemented in an all-solid-state design based on Schottky diode sensors and sources. By employing the frequency-modulated continuous wave (FMCW) radar technique, we achieve centimeter-scale range resolution while utilizing fractional bandwidths of less than 3%. Our high operating frequencies also permit centimeter-scale cross-range resolution at several-meter standoff distances without large apertures. Scanning of a single-pixel transceiver enables targets to be rapidly mapped in three dimensions, and here we apply this technology to the detection of concealed objects on persons.