地基分布式相参雷达技术研究综述

地基分布式雷达是由多部单元雷达分置部署、协同工作实现目标探测的雷达系统,部署在地基平台,照射源除自身还可用合作、非合作跨平台照射源,各单元雷达间可信号级相参融合。传统集中式雷达在复杂场景中难以探测识别低可观测目标,分布式雷达有望解决上述瓶颈问题,并实现侦干探通一体化,因此分布式相参雷达体制是未来雷达形态发展的重要方向之一。分布式雷达体系复杂,涉及维度、要素多,须研究探索合理有效的工作范式。本文系统介绍了地基分布式相参雷达发展的新趋势和新技术,通过信号级融合处理,可形成大口径稀疏阵列,获得极窄的高增益波束,可采用更多更先进的信号处理算法探测和精确定位目标。本文介绍该领域最新的研究进展和代表性成果,围绕分布式相参增程探测、分布式相参成像、分布式相参抗干扰、分布式系统同步校准等四个方面的关键问题和技术难点展开论述,并对分布式雷达体制的前景进行了展望。      

分布式孔径相参合成雷达技术试验验证与分析

实现收发全相参合成对运动目标稳定跟踪是分布式孔径相参合成雷达技术进步的重要标志,首先介绍分布式孔径相参合成雷达的基本理论,再从接收相参和收发相参2个阶段对飞机目标跟踪试验进行分析,分别给出了相参合成信噪比增益改善、相位差值变化和目标跟踪航迹等试验结果。试验结果表明目标跟踪稳定,信噪比增益改善接近理论值。在此基础上,给出2部X波段大型实装相控阵雷达卫星目标相参合成跟踪试验结果,实现收发全相参合成对卫星目标稳定跟踪。通过试验验证分布式孔径相参合成雷达具有技术可行性和工程可实现性。     

新体制雷达—分布式孔径相参合成雷达

本文对新体制雷达——分布式孔径相参合成雷达的基本概念、优越性、设计思想、工作过程和关键技术作了简要介绍,以期对深入了解该新体制雷达有所帮助。     

基于微波光子学的分布式相参孔径雷达

分布式相参孔径雷达(DCAR)是利用多个空间分离的天线孔径,向同一区域辐射信号,实现空间电磁波相参合成的雷达系统,具有系统灵活、探测分辨力高、威力大、成本低等优势。结合微波光子技术在宽带信号产生、传输、处理等多方面的优势,可以使DCAR的性能得以充分发挥。该文介绍了清华大学在基于微波光子原理的高分辨DCAR方面的成果,借助微波光子技术,在接收相参模式下,产生了8.5～11.5 GHz, 0.5 Gbps编码速率的宽带正交调相线性调频波,距离分辨率优于0.05 m、正交性接近30 dB。在全相参模式下,发射波形可灵活切换为宽带相参线性调频波,实现全相参合成。系统产生的波形能满足DCAR各个工作模式的波形需求。实验中,在两部雷达的参与下,通过全相参合成,获得了8.3 dB的信噪比增益。      

分布式相参雷达LFM宽带去斜参数估计方法

宽带分布式相参雷达技术能够有效提升目标测量精度和识别性能,具有重要的研究价值。针对现有雷达装备一般不具有同时对正负调频率宽带线性调频信号进行去斜处理的能力,即在接收相参合成阶段无法通过正负调频率宽带去斜方式获取宽带信号发射相参所需延时相位值的问题,该文利用单元雷达与目标之间存在延时差,将单元雷达发射的宽带线性调频信号等效为目标信号,对接收信号进行互相关处理获取发射相参合成所需的参数值,通过建模和仿真实现接收相参和发射相参合成处理,并对飞机目标进行1发2收相参探测试验,获得了理想的试验结果。该方法具有估计精度高、运算量小和时实性好的优势,可应用于分布式相参雷达工程实现。

     

分布式地基雷达深空探测技术

地基雷达深空探测可以获得天体的轨道、形貌、材质等信息,可用于深空的科学研究。地基雷达深空探测的回波信噪比极低,需要增大天线口径、提高发射功率,由于口径、体积等方面的因素,单台套雷达天线不能无限制地扩大,发射功率也不能无限制地提高,因此需要研究可扩展性强的雷达体制。分布式雷达是一种由多部单元雷达和中心控制处理系统组成的新体制雷达,通过增加雷达单元数量,可以实现口径的空域扩展和能量合成,等效形成一部大口径、高功率的雷达,结合长时间积累技术,分布式地基雷达将实现更远距离和更高分辨的深空目标探测,看到更加遥远的天体。     

动平台分布式相参雷达系统分析

分布式相参雷达通过相参处理,可提升N3倍回波信噪比,从而可大幅度提高目标探测性能,因此分布式相参雷达具有重要的价值。对于地基分布式相参雷达,目前已经进行了大量的研究。本论文将分布式相参雷达系统扩展到运动平台,分析了运动平台下分布式相参雷达所面临的非均匀杂波背景下目标检测以及时/空/频(相)同步等挑战,并对相关问题进行了建模分析,最后对动平台分布式相参雷达系统进行了硬件搭建并对动平台雷达系统性能进行了初步的实验测试。      

一种大基线分布雷达近场相参探测技术

大基线分布式孔径雷达探测近场目标时,由于各孔径对目标的观测角差异较大,雷达接收到的目标散射回波间的相参性差,难以对回波进行相参积累。本文首先研究了目标回波相参性与回波角度和雷达距离分辨率之间的关系;随后,在大基线分布式孔径雷达近场下,通过分辨单元精细刻画,将大散射点目标变为由若干个强散射点组成的“多目标”,进而分别对各强散射点回波进行相参积累;最后,进行仿真分析和试验。结果表明,目标散射回波在大观测角下的相参性得到有效改善,提高了检测信噪比得益,从而验证了本方法的正确性。     

弹道导弹预警探测雷达的发展

本文主要介绍弹道导弹预警探测雷达在反导系统中的作用，反导系统对弹道导弹预警探测雷达的要求，弹道导弹预警探测雷达的发展概况以及美国NMD—GBR雷达的发展动态。     

一种多基雷达接收信号相参处理的方法

常规雷达系统越来越难于探测日益迫近的空间目标和隐身目标.多基雷达已成为雷达的一个发展方向.多基雷达信息融合主要是航迹融合、点迹融合、信号级融合.文中分析了多基地雷达信号级融合--相参处理面临的问题和难于直接进行相参处理的原因,提出了一种信号相参处理的方法,仿真结果表明了该方法的有效性.     

分布式全相参雷达相干参数估计及相参性能分析

针对一般结构的分布式全相参雷达,首先推导了包括时延差及"和相位差"的相干参数估计的克拉美—罗界(CRB)闭式解;然后考虑时延和相位补偿误差同时存在时,分析了全相参模式下的输出信噪比增益(oSNRg),基于相干参数估计的CRB,给出了oSNRg的上界的数值解。结论表明,"和相位差"的CRB与信号载频及有效带宽均无关;oSNRg随着发射天线数的增加而提高;而增加接收天线数,能否提高oSNRg取决于输入信噪比大小,较大时则oSNRg随之提高,较小时反而随之下降。最后仿真实验验证了研究结论的正确性。     

复合高斯杂波环境中分布性目标相干雷达恒虚警检测算法研究

本文研究了在未知统计特性的复合高斯杂波环境中对分布性目标检测的问题。利用Toeplitz矩阵的次对称性提出了一种新的杂波协方差矩阵结构的估计方法,并用此估计方法来实现基于广义似然比检验的恒虚警检测算法。该算法能够在不需要杂波功率谱密度对称的情况下作到对杂波的结构分量和协方差矩阵都有恒虚警的性质,而且该实现方法的检测性能优于先前提出的实现方法。     

分布式小卫星合成孔径雷达的空间编队构形研究

合理的空间编队构形是实现分布式小卫星SAR系统功能的基础.着重讨论分布式小卫星合成孔径雷达(SAR)空间编队构形的设计问题.分析了实现三维地形成像、提高空间分辨率和动目标检测三种系统功能时,空间编队构形设计所需解决的问题,提出了进行分布式小卫星SAR空间编队构形设计的三个最优化准则,给出了空间编队构形的评估方法,并对现有的几种分布式小卫星SAR的空间编队构形进行分析.最后根据分布式小卫星SAR的空间编队构形,通过与单颗星载SAR回波信号相比较,分析了分布式小卫星SAR回波信号的特点,为其数据处理提供参考.     

Multiresolution detection of coherent radar targets

We develop and investigate several novel multiresolution algorithms for detecting coherent radar targets embedded in clutter. These multiresolution detectors exploit the fact that prominent target scatterers interfere in a characteristic manner as resolution is changed, while multiresolution clutter signatures are random. We show, both on simulated and collected synthetic aperture radar data, that these multiresolution algorithms yield significant detection improvements over single-pixel, single-resolution constant false alarm rate (CFAR) methods that use only the finest available resolution.     

天基分布式雷达相位估计与同步方法

分布式全相参雷达是一种新体制、颠覆性雷达技术,可将若干单元雷达进行信号处理级合成处理,实现N3信噪比增益,可突破雷达功率孔径积的限制.由于星载平台雷达系统各单元间距较远,星间无线相位估计与同步则成为核心问题之一.本文建立分布式相位同步理论模型,通过对相位误差分析,提出一种循环往返式相位同步方式.相比于主-从相位同步方式...     

分布式多入多出雷达相干处理二维分辨率分析

研究了分布式多入多出(MIMO)雷达相干信号处理时的横向与纵向分辨能力。利用抛物线拟合法计算模糊函数在横、纵两个方向上切割图形的主瓣宽度,进而推导出该类型雷达横向和纵向分辨率的数学表达式。通过对表达式的分析,讨论了影响分布式MIMO雷达二维分辨率的因素,得到一些系统设计和阵列布置的准则。最后通过仿真验证了分辨率数学表达式和理论分析结果的正确性。     

相干激光雷达平衡式相干探测技术研究

为了分析影响平衡式相干探测信噪比的因素,采用数学模型推导了平衡式相干探测原理和信噪比公式,分析了影响平衡式相干探测信噪比的因素,研制了用于相干激光雷达信号接收的平衡式激光探测器,并通过相干雷达样机,完成了气溶胶粒子发生米氏散射回波信号的探测。结果表明,研制的平衡式激光探测器具有非常低的噪声和高探测灵敏度特性,能较好地探测出大气中气溶胶粒子发生米氏散射的激光回波信号。     

New applications of transponder in focusing distributed synthetic aperture radar data

High-precision phase synchronisation or compensation techniques must be provided for distributed synthetic aperture radar (DiSAR), which operates with separate transmitters and receivers. The use of a novel transponder that was proposed for calibrating high-resolution imaging radars to compensate oscillator frequency instability is investigated here. This transponder modulates the radar pulses in a manner that the retransmitted signal shows two additional Doppler frequencies, which enables their separation from the scene echoes. In this way, DiSAR frequency synchronisation errors can be compensated. Thereafter, the DiSAR raw data is focused by using a derived image formation algorithm. The originality of this text lies in the phase compensation technique via transponder for DiSAR systems, as well as an image formation algorithm with integrated synchronisation compensation.     

线性调频雷达全相参技术

在线性调频雷达系统中,若发射机输出的脉冲信号起始相位是不相参的,则接收机不能根据回波信号解调出准确的多普勒参数。引入了前导帧序列,以控制直接数字合成(DDS)输出信号的相位初始化,从而实现最终输出脉冲信号起始相位与参考时钟相参。该方法简单实用,仅需更改FPGA程序,无需对硬件电路做任何改动。实验结果验证了该方法的有效性。