色噪声下共址MIMO雷达自适应检测波形设计

研究了存在色噪声时共址MIMO雷达的自适应检测波形设计问题.推导了检测率、虚警率与发射波形关系的表达式.鉴于该表达式的复杂性,引入两个渐近准则,即相对熵和散度准则,同时推导了最优检测波形的闭式解.经理论分析和实验仿真得出结论:两种信息论准则对应的最优波形是一致的;最优检测波形与目标、噪声匹配;最优检测波形的信噪比同时也达到最优.     

认知MIMO雷达目标分类波形自适应方法

针对认知多输入多输出(MIMO)雷达系统,研究了基于序贯假设检验的扩展目标分类波形自适应方法.采用基于信息论的波形设计方法,通过最大化雷达回波与扩展目标冲激响应之间的互信息获得每一类目标的最优雷达波形,进而根据多类目标的当前概率加权合成最优MIMO雷达信号.在多次雷达观测中,根据贝叶斯准则不断更新每一类目标可能出现的概率,最优波形自适应变化,最终趋于真实目标类别的最优波形.仿真结果表明,相比较于传统的固定波形,采用自适应最优波形的认知MIMO雷达系统进行目标分类的平均观测次数显著降低.     

色噪声下认知雷达自适应检测波形设计

研究了存在色噪声时认知雷达的自适应检测波形设计问题.推导了检测率、虚警率与发射波形关系的表达式.介于此表达式的复杂性,引入两个渐近准则,即相对熵和散度准则,并在这两个准则下推导了最优检测波形的闭式解.经理论分析和实验仿真得出如下结论:1)两种信息论准则对应的最优波形是一致的;2)最优检测波形与目标、噪声匹配;3)最优检测波形的信噪比同时也达到最优.     

信号相关杂波环境中的认知雷达多扩展目标跟踪

研究了相关杂波和多目标环境下的认知雷达目标跟踪问题。提出了基于贝叶斯思想,具有迭代循环结构的认知雷达跟踪系统框架。在该框架下,基于卡尔曼滤波实现了对多个扩展目标的跟踪,并且通过优化波形的方法提高了多目标跟踪性能。在波形优化中,为提高跟踪性能,分别从量测、信干噪比和状态更新误差角度出发设计了相应的最优波形。仿真结果表明:基于所提出的框架,雷达以高估计精度实现了对多个目标的跟踪,且所设计波形的跟踪性能均优于传统的固定波形。     

相关杂波背景下的认知雷达序贯信号检测

针对相关杂波大大影响了传统雷达的检测性能问题, 本文提出了一种认知雷达的序贯信号检测方法,该方法在二元假设检验的基础上将雷达整个工作时间分成两个阶段:估计和检测阶段。在估计阶段,系统发射最优估计波形,同时通过雷达回波对目标冲击响应进行估计更新;在检测阶段,系统利用已经获得的先验知识设计最优检测波形且在接收端实现检测门限自适应。结果分析和实验仿真表明:由于联合了发射端的波形优化和接收端的序贯判决信息利用,因此大大提高了系统的检测性能;此外,随着时间的增加,目标冲击响应的估计值越来越逼近真实值,使得估计检测概率也越来越趋近于真实检测概率,从而在提高性能的同时也保证了决策的可靠性。      

一种抗速度欺骗干扰的认知波形设计方法

由于传统雷达采用固定波形发射模式,速度欺骗干扰极易影响雷达对真实目标多普勒的检测,使雷达跟踪上错误的目标或检测到多个虚假目标,给雷达探测带来巨大的挑战。为提高雷达抗速度欺骗干扰的能力,保证雷达对真实目标多普勒的正确检测,提出了一种脉间相位编码波形设计方法。该方法利用认知流程获取的目标和干扰信息,选取阻带干扰能量最小准则,通过循环迭代算法设计脉间相位编码波形,实现了雷达在速度欺骗干扰环境下对多目标的正确检测。仿真结果验证了该方法的有效性。     

非准确先验知识下认知雷达低峰均比稳健波形设计

针对目标和杂波先验知识不准确时认知雷达的检测波形设计问题,同时兼顾功率放大器对低峰均比(PAR)波形的需求,该文提出一种信号相关杂波背景下认知雷达低PAR稳健波形设计方法。首先,在目标和杂波不确定集范围内,基于极大极小化准则构造关于输出信干噪比(SINR)的优化模型;然后将不确定性参数代入该模型,给出最差SINR下对应杂波协方差矩阵和目标Toeplitz矩阵的取值;在此基础上,利用半正定松弛,将非凸的优化模型转化为关于发射波形半正定矩阵的凸问题进行求解;最后,通过秩1近似法结合最近邻方法,进一步从波形的最优矩阵解中提取出最优向量解。分析表明,在稳健性能相同的情况下,与现有方法相比该算法具有更低的运算量,仿真结果验证了所提方法的有效性和稳健性。     

峰均功率比约束下扩展目标波形优化

针对包络约束条件下扩展目标最优检测波形设计,提出了峰均功率比约束条件下最优检测波形优化方法。首先,建立了扩展目标信号模型;然后,通过将恒定包括约束转换成峰均功率比约束,推导出该约束下扩展目标最优检测波形优化模型;并将该非凸模型转换成易于求解的凸优化模型,由此获得了恒定包络和低起伏包络条件下的最优检测波形;最后,以某典型扩展目标为例,仿真对比了不同约束参数下波形的检测性能,验证了优化所得恒定包络、低起伏包络波形相比于传统Barker 码波形具有更好的检测性能。     

面向微动特性获取的雷达波形设计

雷达发射波形的信号形式及其参数决定着目标微动特性获取的稳定性和可靠性。然而,当前的波形设计理论并不能满足目标微动特性获取对雷达信号的要求。针对该问题,本文建立了飞机目标桨叶回波调制特性的实用参数模型,并深入分析了桨叶调制信号的时域及频域特征,在此基础上,提出了面向微动特性获取的雷达波形设计方法,最后,根据所设计的一组“最优波形”参数,对直升机、螺旋桨飞机及喷气式飞机三类飞机目标微动特性获取可行性进行了详细的仿真、分析及验证,实验结果证明了本文方法的有效性。     

面向频谱共存的MIMO雷达波形设计综述

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达良好的空间分集和波形分集能力使其在目标检测和参数估计等方面有着传统雷达无法比拟的突出优势。然而,随着信息技术的快速发展,雷达和通信系统对频谱资源的需求日益增长。频谱资源稀缺导致雷达和通信系统势必出现竞争频谱资源的问题,进而使得二者相互干扰并导致性能下降。针对面向频谱共存的MIMO雷达波形设计问题,介绍了MIMO雷达的基本概念、信号模型以及信号处理任务,对MIMO雷达波形设计问题的一般形式,以及面向典型应用场景的波形设计问题进行了概述。为通过发射波形设计提高MIMO雷达在频谱拥塞环境中的性能,对频谱约束下的MIMO雷达波形设计、MIMO雷达与通信系统协同设计和雷达通信一体化等领域的研究进展进行了系统的评述和总结,并展望了下一步的研究方向。     

基于目标波形模型的多脉冲激光雷达目标信号模拟

多脉冲激光雷达发射数个至数百个高重频激光照射目标,利用多脉冲回波累加实现信号积累。多脉冲激光目标检测性能的验证需要基于目标回波波形模型的动态目标信号模拟。脉冲激光目标回波波形可以由激光发射、信道传播、目标反射等环节之间的卷积传递关系加以建模。文中首先通过建立各环节的数学描述得到了回波波形的连续卷积模型。接着,针对积分解析模型不利于工程实现的问题,基于发射脉冲距离分辨单元提出了离散算法实现特定外形目标激光回波波形序列的直接计算。结合远程飞机目标的回波信号仿真,指出了回波波形与目标特性的内在联系,并通过实验进行了可信性验证。最后,应用文中模型及方法给出了多脉冲激光雷达动态目标模拟器的研制实现,为开展多脉冲激光目标检测研究提供必要的验证测试条件。     

MIMO雷达微弱目标长时积累技术综述

复杂背景下雷达微弱目标检测一直以来是雷达信号处理领域的国际性难题,随着雷达新体制的发展,给信号处理提供了更多的空间维度,正交波形MIMO雷达的宽发窄收观测方式可有效延长目标驻留时间、实现时域、空域和频率的联合处理和高分辨估计,从而有利于积累目标能量和抑制杂波,提高强杂波背景中弱小目标检测能力。本文对近年来正交波形MIMO雷达长时间积累和目标检测技术的研究进展进行了归纳总结,介绍了正交波形MIMO雷达长时积累的概念和分类,并从机动目标回波特性认知、变换域相参积累、检测前跟踪、长时间相参积累、稀疏时频分析等方面给出了正交波形MIMO雷达机动目标积累的有效途径。最后,该文总结了现有研究存在的问题,对未来关注的技术发展进行了展望。      

基于MIMO阵列的一体化射频技术研究进展及展望

基于多输入多输出（multiple-input-multiple-output， MIMO）阵列的一体化射频系统通过充分利用空间自由度和波形自由度，不仅能够同时实现雷达探测、数据通信、电子干扰等多种功能，而且具有目标探测可靠性好、参数估计精确度高、反侦察识别能力强等突出特点，在高动态强对抗环境中展现了巨大的潜力。从基于MIMO阵列的一体化射频系统的检测性能分析入手，剖析了一体化射频系统的检测性能极限以及影响检测性能的主要因素；针对MIMO阵列参数高精度估计问题，提出通过单个发射脉冲完成参数估计以及一种增强参数估计精度的波形优化算法；考虑到目标角度估计误差不可避免，提出了一种稳健的一体化波形设计算法；针对杂波环境中一体化射频系统性能下降的问题，提出了发射波形和接收滤波器联合优化算法，该算法不仅能够实现同时多功能，而且有效地抑制了杂波，提高了目标检测性能。最后，展望了一体化射频系统参数估计精度极限、高精度参数估计、稳健波形设计、波形设计算法快速实现等有待突破的信号处理关键技术。     

认知雷达波形优化设计方法综述

认知雷达通过借鉴蝙蝠的认知学习过程,感知战场环境信息并反馈至发射机,从而实现自适应探测和处理,是未来雷达智能化发展的重点方向。其中如何充分利用目标与环境先验信息,设计雷达波形以提高目标检测、跟踪以及抗干扰等性能是认知雷达发展的难点和重点。该文针对不同干扰环境、目标模型、天线配置(如:单发单收(SISO)和多发多收(MIMO))等的波形设计关键要素及主要思路进行了总结梳理,并从不同干扰与目标知识的利用角度,对近几年代表性的认知波形设计文献进行介绍和归纳,旨在为以后的研究提供参考和依据。      

集中式MIMO雷达研究综述

多输入多输出(MIMO)雷达作为一种新体制雷达,利用其发射波形分集的特点,在目标检测、参数估计、射频隐身及抗干扰等诸多方面展现出了突出的性能,经过学者们近20年的深入研究,基于正交波形的MIMO雷达相关理论日臻完善,并在汽车辅助驾驶、安全防卫等领域得到广泛应用。近年来,随着电磁环境感知及知识辅助等概念的引入,基于波形优化的MIMO雷达主动抗干扰、射频隐身、以及探测-通信一体化等技术受到学者们的关注并得到深入研究。该文力图对学者们近20年来围绕MIMO雷达的研究工作进行归纳与综述,内容主要包括:正交波形MIMO雷达原理、目标探测性能分析、典型应用;正交波形MIMO雷达波形设计与特点;基于知识的认知MIMO波形设计与算法;基于MIMO的探测-通信一体化波形设计与算法;MIMO雷达信号处理、数据处理及资源管理。论文最后对MIMO雷达在机载应用中的空时处理(STAP)、MIMO雷达在成像中的信号处理、以及基于时分多波形分集的线性调频毫米波MIMO雷达信号处理等进行了讨论。      

Information theory and radar waveform design

The use of information theory to design waveforms for the measurement of extended radar targets exhibiting resonance phenomena is investigated. The target impulse response is introduced to model target scattering behavior. Two radar waveform design problems with constraints on waveform energy and duration are then solved. In the first, a deterministic target impulse response is used to design waveform/receiver-filter pairs for the optimal detection of extended targets in additive noise. In the second, a random target impulse response is used to design waveforms that maximize the mutual information between a target ensemble and the received signal in additive Gaussian noise. The two solutions are contrasted to show the difference between the characteristics of waveforms for extended target detection and information extraction. The optimal target detection solution places as much energy as possible in the largest target scattering mode under the imposed constraints on waveform duration and energy. The optimal information extraction solution distributes the energy among the target scattering modes in order to maximize the mutual information between the target ensemble and the received radar waveform     

单脉冲脉内互补低距离旁瓣雷达波形设计

雷达脉冲压缩的距离旁瓣较高将会导致遮蔽效应的产生,已有的低旁瓣波形设计都是基于全脉冲相关进行处理。本文利用波形组合的方法进行波形设计,基于单脉冲脉内分段脉压信号处理方式和互补码自相关求和零旁瓣特征相结合,利用频域正交设计,将两个或多个互补序列调制至不同频点以子脉冲的形式分段合并为恒模单脉冲雷达波形。仿真试验表明,本文设计的单脉冲脉内互补低旁瓣波形脉压后的峰值旁瓣电平和积分旁瓣电平较低,分段脉压结合互补码零旁瓣特征的信号处理方式虽然会导致0.89 dB左右的信号处理增益损失和主瓣展宽,但却能够突破部分相位编码信号的峰值旁瓣电平下限。强弱目标场景仿真表明,与线性调频信号相比,本文提出的雷达波形不会导致强目标的副瓣对弱目标的遮掩。恒虚警检测仿真表明,在剔除强目标峰值后,本文所提波形对弱目标的检测概率要优于传统的线性调频信号。      

低信噪比下机载多脉冲激光雷达姿态不敏感性特征提取研究

针对纳秒量级脉宽机载多脉冲激光照射目标的回波波形,提出几何分割比这一目标姿态不敏感特征,给出了特征提取算法,可用于与激光目标运动状态结合开展目标检测与跟踪。首先,基于激光目标波形数学模型分析目标波形与目标特征的关系,指出激光目标的几何分割比特征具备姿态不敏感特性。接着,结合目标特征提取对目标波形和噪声不失真分离的要求,提出在小波域利用对称小波基进行改进Donoho阈值降噪处理,在时域利用小波重构信号阈值获取目标波形序列,再由一阶二阶差分计算检测目标波形峰值点,进而提取激光目标散射中心及几何分割比等特征。最后,通过仿真实验验证算法在低信噪比下提取激光目标特征信息的有效性。在与机载多脉冲激光目标模拟器联试实验中,利用文中算法提取激光目标特征结合目标的运动状态信息,开展多帧相关匹配检测,多脉冲激光目标检测的可靠性明显提高。     

强海杂波下PM 波形和LFM 波形的性能评价方法

在应用调相(PM)波形设计对强海杂波环境下海面低速运动小目标检测过程中,存在性能改善与系统资源消耗的矛盾,提出了PM 信号和LFM 信号的性能评价因子,并给出了该因子的计算方法。根据该性能评价因子,可以设置一个PM信号使用的门限值,进而利用LFM 信号替换部分PM 信号,从而避免了大量不必要的PM 信号设计过程,更好地保证了PM 信号设计对目标检测性能改善和系统资源消耗的平衡,在保证检测性能基本不变的前提下节省大量的系统资源。