同时极化捷变频多载波调相雷达技术研究

利用多载波余码相位调制(MCPC)雷达信号实现同时极化探测,并通过频率捷变技术可提高MCPC雷达信号的距离分辨率。文中综合同时极化、频率捷变和MCPC雷达探测技术提出了同时极化频率捷变MCPC雷达系统结构,分析了工作原理,设计了同时极化频率捷变MCPC雷达探测波形,并对波形的信号峰值旁瓣比、信号间的独立性、距离分辨率和抗有源干扰能力做了分析和仿真说明。研究表明,同时极化频率捷变MCPC雷达信号能很好地实现同时极化探测,同时提高了原MCPC雷达信号距离分辨率,其抗有源干扰能力随着同时极化数和频率捷变脉冲数的增加而加强。     

基于线性调频时宽的MIMO雷达正交波形设计

线性调频(LFM)信号是一种被广泛应用的大时宽带宽积信号,利用LFM信号的多样性可设计多输入多输出(MIMO)雷达的正交波形。该文针对现有波形相关函数存在的问题,以理论分析为基础,提出一种基于LFM时宽的发射波形,并给出了一种相应的正交波形设计方法。该方法以峰值旁瓣电平为准则,利用序列二次规划对各子脉冲LFM信号的时宽进行优化设计。仿真结果表明,与现有方法相比,所设计波形具有较低的自相关旁瓣电平和互相关电平。此外,通过数值实验分析了相关性能随波形个数及子脉冲个数的变化关系。     

一种正交随机相位编码的新型汽车脉冲雷达

相比遥感雷达,汽车雷达探测距离为0–1000 m近距离的车辆及行人等目标。常规的单天线汽车脉冲雷达通常发射纳秒级的短脉冲以实现近距目标的高分辨率探测。但在工程上实现纳秒级的高功率发射信号是非常困难的并需要很高的成本。另外,现有的汽车雷达存在空间角度分辨率低、点目标脉冲响应函数旁瓣高及汽车雷达间 相互强干扰的瓶颈问题。为克服这些难题,论文首先提出双天线脉冲雷达技术,使得雷达在测量发射大时宽脉冲信号成为可能。其次,通过数字波束形成技术实现高的空间分辨率,运用脉冲压缩技术实现距离向高分辨率,采用脉冲多普勒技术计算得到高分辨率的径向速度场。最后,为克服点目标脉冲响应函数旁瓣效应及汽车雷达间相互干扰的问题,提出了一种新的随机相位编码雷达信号。采用提出的雷达信号,汽车雷达间的强干扰可被有效抑制,并且在不损失信噪比的情况下,雷达的点目标脉冲响应函数的峰值旁瓣比可达–45 dB。大量的数值仿真实验验证了提出方法的有效性及先进性。      

A Balancing Method for PMEPR Reduction in OFDM Signals

A relation is established between the strength of a binary code over the alphabet {+1,-1}, and its ability to reduce peak-to-mean envelope power ratio (PMEPR) in n-subcarrier (OFDM) signals. Based on this relation, a method is proposed to deterministically bound PMEPR of such signals using coordinate-wise multiplication by a balancing vector (BV) chosen from a code of given strength. A practical probabilistic scheme considering a small number of candidate codewords is devised. For this scheme, estimates on the PMEPR reduction achievable with arbitrary high probability are derived. In particular, the scheme provides for large n PMEPR of lnn+2.01lnlnn with (ln2)middot(log₂n)²+1 bits of redundancy, the failure probability at most e^-n, and testing n/(lnlnn) candidate BVs. Finally, several practical settings are considered. For example, for quaternary phase-shift keying, n=128, the scheme with 36 bits of redundancy (18 redundant subcarriers), by testing only 4 BVs provides over 2 dB PMEPR reduction, for any failure rate below 10^-2.5     

一种基于遗传算法的正交波形设计方法

数字阵列雷达可通过子阵组合,发射多波束等方式实现同时搜索和跟踪不同空域目标,其中发射正交波形设计是数字阵列雷达的关键技术之一。本文以降低波形信号的自相关旁瓣峰值及互相关峰值为目标,采用改进的遗传算法对随机生成的四相码波形信号进行正交优化。仿真表明,优化设计的正交四相码波形相比于其他文献在自相关旁瓣峰值及互相关峰值性能上有较大改善。     

多载频相位编码信号的多普勒处理研究

由于多载频相位编码信号在频谱利用率、模糊函数以及包络峰均比三者之间达到了较好平衡,因而在近年来备受关注。针对这种雷达信号,研究基于子载频分离的脉冲多普勒处理技术,详细推导整个处理过程,分析速度对回波正交性及多普勒处理的影响,提出一种解决速度模糊的新方法。仿真分析表明,该方法能够较好地估计目标真实速度,对噪声具有一定的稳健性。     

A Multicarrier Phase-Coded Waveform Design Scheme for Joint Radar and Communication System

A Multicarrier phase-coded (MCPC)waveform design scheme with two steps for Joint radar and communication (JRC) system is developed.Firstly,an integrated MCPC waveform design method is addressed by simultaneously maximizing the Signal-to-clutter-to-noise ratio (SCNR) and the Shannon capacity,subject to both the Integrated sidelobe level ratio (ISLR) constraint and the energy constraint.This model is theoretically proved to be a convex optimization problem with respect to the absolute squares of the transmit weights corresponding to different subcarriers,of which the analytical result is also discussed.Subsequently,by further optimizing the phases of the transmit weights,minimizing the Peak to average power ratio (PAPR) for JRC system is recast as a Semidefinite programming (SDP) problem,which can be effectively solved with the Semidefinite relaxation(SDR) technique via Eigenvalue decomposition (EVD)or Complex Gaussian randomization (CGR).Numerical examples are provided to verify the effectiveness of the proposed scheme.     

应用正交码组信号的传统雷达距离旁瓣抑制方法

为了抑制传统雷达的距离旁瓣和提高传统雷达抗欺骗式干扰性能,该文提出一种传统雷达随机发射一组正交信号的信号发射策略。给定一组正交性好且距离旁瓣低的相位编码信号,雷达在每次发射时从这组波形中随机选取一个波形进行发射,接收端已知该发射信号波形并基于该波形对接收信号进行脉冲压缩,最后对多次相邻脉冲的回波信号进行相干积累。理论分析和仿真结果均表明,距离主瓣信号能够有效积累,而距离旁瓣信号近似白化,因而脉冲积累后可明显降低系统的最大距离旁瓣电平。     

集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计

集中式多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达系统基于波形分集优势，可灵活改变发射方向图形状和指向方向空间合成信号的特性，从而实现多种雷达工作模式。提出了一种集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计方法，采用方向图模板拟合、模糊函数模板拟合以及通信波形拟合的方式优化不同方向上的合成信号，使其具有不同特性，从而在单脉冲时间内实现搜索、跟踪和通信功能。采用最大块增量优化算法对构造的恒模四次多项式优化模型求解。实验结果表明，该方法可以得到具有低旁瓣模糊函数的搜索与跟踪波形，并且满足通信需求。     

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。      

多相伪随机序列在雷达通信一体化中的应用

为了减少电子战平台的体积和电磁干扰,一种有效的途径就是实现雷达与通信的一体化。本文首先针对于雷达和通信的作用距离,提出了基于扩频技术的雷达通信一体化系统应采用准连续波体制。其次,针对基于扩频技术的准连续波雷达通信一体化信号设计中所存在的序列周期、序列相关性、多普勒容限和回波遮掩率等问题,提出了一种短周期高主旁瓣比完全互补码共享信号及其相应的序列扩展方法。由理论分析和计算机仿真可知,基于完全互补码的共享信号具有大的多普勒容限和抗回波遮掩性能,能够满足雷达通信一体化系统对波形性能的要求。      

基于扩频信号的MIMO雷达波束形成研究

多输入多输出雷达使用多个发射天线发射独立的信号,使用多个天线接收回波信号,对回波信号进行分离,相当于形成一个大的虚拟阵列。这里使用二进制扩频码分多址信号作为不同发射天线的发射信号。由于编码相关产生的高旁瓣,传统距离压缩方法不能产生恰当的目标距离像。使用Capon波束形成方法来降低距离旁瓣,同时产生更高的角度分辨率,可用于对目标成像。     

基于动态交替投影的失配滤波器快速设计算法

雷达脉冲压缩处理中,通常需要使用匹配滤波器以获得最优的输出信噪比。然而,对于常用雷达波形,其匹配滤波器输出距离旁瓣较高,易产生目标遮蔽效应,而通过优化设计失配滤波器可以在牺牲一定输出信噪比的条件下有效抑制距离维旁瓣。另外,在实际应用中一般需要对系统失真进行周期性标校,进而根据经过系统失真后的雷达波形进行失配滤波器设计,所以需要高效率的失配滤波器设计算法。然而,现有的失配滤波器设计算法通常涉及矩阵求逆等复杂计算过程,其计算复杂度高且不利于硬件实现。本文提出一种基于动态交替投影的失配滤波器快速设计算法,可实现在最小峰值旁瓣值、积分旁瓣值、加权积分旁瓣值等准则下的距离维旁瓣抑制,且信噪比损失、主瓣展宽可控。本算法适用于多种脉冲压缩波形,算法过程仅需用到简单计算及快速傅里叶变换,适用于硬件的高效率设计与实现。      

一种有效的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法

发射信号的分离是MIMO雷达的一个重要环节,该文基于最小均方误差准则,提出了一种有效的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法,从每个接收阵元接收到的信号中分别自适应地估计每个距离单元的脉冲压缩滤波器的权系数,从而获得期望的脉冲压缩性能,更好地完成发射波形的分离。该方法不仅能够抑制信号本身的距离旁瓣,降低信号之间的互相关电平,还对目标本身的多普勒频率具有很强的适应性。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

一种基于Bernoulli混沌的四相编码OFDM雷达信号设计方法

相位编码正交频分复用(OFDM)雷达具有许多优良的性能,近年来受到雷达界的广泛关注。但在实际应用中,相位编码OFDM雷达信号存在优良编码数量不多、长度受限、峰均比过高等问题。该文针对这些问题,提出了一种基于Bernoulli混沌的四相编码OFDM雷达信号设计方法,可以构建任意数量和长度的编码,具有更大的设计自由度,并且通过初相加权,得到包络峰均比小于2的混沌四相编码OFDM信号,该信号在高分辨、多普勒等方面具有较多优良特性。      

Effective CLEAN algorithms for performance-enhanced detection of binary coding radar signals

With binary coding waveform as radar pulse compression signal, the sidelobe of the matched processing result of the received signals is a serious interference to the effective detection of multiple targets. In this paper, the CLEAN algorithms are introduced to eliminate such sidelobes and significantly improve the target detection performance of binary coding radar signals. A novel modified CLEAN algorithm is proposed to remove the sidelobe interferences in formulating target range profile when wideband binary coding signals are used. The effectiveness of the CLEAN algorithms is demonstrated through the processing results.     

基于信号幅相特性的副瓣跟踪自动识别方法

传统雷达测角系统副瓣跟踪识别方法主要根据副瓣信号幅度较主瓣明显偏低这一特性提出,该文通过对副瓣跟踪原理的理论分析、仿真分析与实测验证,得出了关于副瓣跟踪特性的新结论:副瓣跟踪时和差相位正交、差和幅度比相对主瓣跟踪明显增大。在此基础上提出一种基于信号幅相特性的副瓣跟踪识别方法:构造以差和幅度比、和差相位差为描述子的幅相特征向量,采用支持向量机(SVM)对特征向量进行分类完成识别过程。实验结果表明,该文方法识别准确率高,鲁棒性、实时性、通用性强。     

Additional degree of freedom in phased-MIMO radar signal design using space-time codes

In this paper, an additional degree of freedom in phased multi-input multi-output (phased-MIMO) radar with any arbitrary desired covariance matrix is proposed using space-time codes. By using the proposed method, any desired transmit covariance matrix in MIMO radar (phased-MIMO radars) can be realized by employing fully correlated base waveforms such as phased-array radars and simply extending them to different time slots with predesigned phases and amplitudes. In the proposed method, the transmit covariance matrix depends on the base waveform and space-time codes. For simplicity, a base waveform can be selected arbitrarily (ie, all base waveforms can be fully correlated, similar to phased-array radars). Therefore, any desired covariance matrix can be achieved by using a very simple phased-array structure and space-time code in the transmitter. The main advantage of the proposed scheme is that it does not require diverse uncorrelated waveforms. This considerably reduces transmitter hardware and software complexity and cost. One the receiver side, multiple signals can be analyzed jointly in the time and space domains to improve the signal-to-interference-plus-noise ratio.     

基于交替投影的MIMO雷达信号盲分离算法研究

多输入多输出（multiple-input-multiple-output,MIMO）雷达利用灵活的发射波形设计以及阵列配置,在微弱目标探测及高分辨参数估计方面有着巨大优势.为侦察识别MIMO雷达信号,建立了MIMO雷达信号侦察模型.基于最大似然估计以及交替投影算法,并利用MIMO雷达信号的恒模特性对MIMO雷达信号进行了盲分离.通过理论推导和数值仿真分析了所提算法分离MIMO雷达信号的性能.结果表明该算法在信噪比高于0dB时,其分离后的信号与原信号具有很高的相关系数,且分离指数较低,性能明显优于现有的非圆复信号Fast ICA（non-circular complex Fast ICA,NC-Fast ICA）算法.     

一种提高二相编码雷达检测目标动态范围的方法

在相位编码雷达进行各目标回波信号功率相差较大的多目标或隐身目标检测时,会存在隐身目标和小功率信号淹没在大功率信号距离旁瓣中的情况.本文提出了一种逐次消去回波中大功率信号的方法来去除大功率信号的距离旁瓣,检测小功率信号,从而提高雷达系统观察目标的动态范围至80dB以上.仿真研究和雷达实验表明该方法是有效可行的.