压缩感知理论在MIMO雷达目标测量中的应用

目前,压缩感知理论和多输入多输出（MIMO）雷达系统得到了越来越多研究人员的关注。压缩感知理论已经成功应用在图像处理、无线通信等领域;MIMO雷达在目标检测中有着重要的应用。主要分析了压缩感知理论在MIMO雷达信号目标检测方面的应用。MIMO雷达系统通过多个发射天线发射一组正交探测信号（例如：频分窄带线性调频信号）,这些信号遇到空间中的运动目标后发生反射,回波被一组MIMO雷达接收天线接收。基于压缩感知理论,实现了从MIMO雷达接收的回波信号中提取匀速运动的目标、测量目标的速度和方位角,并在MATLAB仿真环境下取得了良好的效果。     

相控阵MIMO雷达最佳子阵数目估算方法

为确定相控阵 MIMO 雷达发射阵列采用满重叠划分方式时副瓣性能最佳的子阵数目,对其波束形成进行研究,将收发波束方向图表示为波形分集方向图、单个子阵的发射波束方向图和接收波束方向图乘积的形式,通过设计三个方向图副瓣、零点位置,提出了一种最佳子阵数目的估算方法。仿真结果表明,当子阵数目与发射、接收阵列总阵元数目满足文中所给关系时,相控阵 MIMO 雷达副瓣性能最优。     

基于遗传算法的正交多相码设计

MIMO雷达能有效地促进现代雷达的性能,由于MIMO雷达发射相互正交的信号,所以设计具有低自相关和互相关的正交信号是MIMO雷达实现的关键问题.本文基于自相关及互相关峰和能量为代价函数,提出了一种混合的优化算法来数字搜索正交多相码集,该算法包括遗传算法及叠代码选择算法.用该算法进行了仿真优化设计,仿真结果显示,提出的算法是有效性和可行的.     

基于遗传算法的正交多相码产生技术研究

正交信号设计是MIMO背景下的雷达信号产生的关键技术之一,为了降低正交多相码设计的复杂度,提高雷达的相关性能,本文采用了一种基于遗传算法的正交多相码设计方法。该方法利用Hadamard矩阵的严格正交性,首先构造一类Hadamard矩阵,从中选取初始码序列;然后把“和函数”作为代价函数,采用遗传算法求解出近似最优的信号组。整个实验通过MATLAB仿真实现。仿真结果表明,该方法在保证低自相关旁瓣量和低互相关量的同时,能够保证设计出的信号符合严格正交性。     

基于外辐射源的高频天波雷达信号分析与选择

结合外辐射源雷达和天波超视距雷达的体制特点,对短波段可作为辐射源的几种通信信号形式进行了分析,通过仿真和试验验证,给出了外辐射源信号选用依据.首先对短波通信中常用的调幅(AM)、调频(FM)、频移键控(FSK)以及正交频分复用(OFDM)等信号形式进行了仿真分析,给出了信号频谱及模糊函数.试验中根据各信号形式产生相应调制波形,并依靠试验平台进行发射和接收,录取实测数据进行分析.信号分析与评估采用经典线性调频信号为参照信号,探测能力以信噪比和杂噪比为评估依据,根据实测数据给出了各信号形式的评估结果和选用依据.     

杂波先验知识未确知场景下 MIMO雷达收发联合优化

针对杂波初始估计误差导致多输入多输出(MIMO)雷达检测稳健性较差的问题,提出了发射波形与接收权联合优化方法以改善MIMO雷达检测稳健性。杂波误差凸集、波形恒模特性和相似约束下,基于最大化输出信干噪比准则,首先构建了改善最差情况下MIMO雷达检测性能的极大极小联合优化问题;而后,为求解所得NP-hard问题,将其分解为内外层子问题,并交替迭代求解。与不相关信号、非稳健及现有稳健方法相比,数值仿真验证了所提方法的有效性。     

基于分布式MIMO雷达的检测前跟踪算法研究

近些年来MIMO雷达技术正在逐步兴起并得到了快速发展.因其能够充分利用空间分集和波形分集,所以对弱小目标和雷达截面积闪烁目标都有很好的检测性能.为达到提升对弱小目标的检测概率,运用动态规划将检测前跟踪思想引入MIMO雷达系统,提出了基于MIMO雷达的检测前跟踪方法.MIMO雷达的空间分集特性能够降低检测前跟踪回波积累的时间,从而提高雷达系统对机动目标的检测概率.仿真实验结果表明,基于MIMO雷达的检测前跟踪方法检测性能良好,有效提升了检测概率,是一种有效检测机动弱目标的方法.     

基于时域延拓零相移数字滤波器的改进算法

文章采用零相位滤波器中的时域延拓方法对解决信号边界失真问题进行研究,提出将原信号边界点到其两侧与其时间间隔相同点的斜率相等的方法,使延拓后信号的波形在原边界点处保持平滑,避免使用传统算法延拓时在边界点处引入突变的缺点,并进行波形仿真验证.用经过该算法改进的零相移数字滤波器对相控阵探地雷达正演回波数据进行处理,并与用传统算法改进滤波器处理的结果相比,表明前者能更好地消除边界失真,具有节省内存开销,加快运算速度等优势,为后续处理提供重要参数.     

基于维格纳分布特征的雷达信号分选

针对常规分选参数分选准确率不高和对噪声敏感的问题,应用维格纳分布脉内特征实现了低信噪比条件下未知复杂雷达信号的高准确率分选。对接收到的雷达信号首先求维格纳分布,然后求简化后二维维格纳分布的规范相关系数特征向量,该特征向量反映了信号在时间频率轴上的不同能量分布规律。通过对8种调制方式雷达信号的特征提取和分类仿真实验,结果表明:提取的维格纳分布特征参数在宽信噪比范围内均具有很好的分离性和稳定性,验证了本文方法的有效性。     

基于FPGA的实时测距雷达研究

本文分析了脉冲积累对雷达回波信号信噪比的改善能力,并在此基础上研究设计了以FPGA为核心的数据采集和处理系统.FPGA控制ADC对中频回波信号进行高速数字采样,同时使用Altera的IP工具利用FPGA集成的大量高速RAM和逻辑单元设计了读写速度达200 MHz的高速双端口RAM,对采样数据进行多次数字积累,N个脉冲发射完成即可完成N次脉冲积累.该方案提高了回波信号信噪比,改善了雷达的测距性能,实时完成了目标距离的测量.通过仿真验证了方案的可行性.     

基于隐马尔可夫模型的MIMO雷达目标检测

MIMO雷达是一种新体制雷达,相对于传统雷达在目标检测及参数估计性能都有很大提高。本文针对MIMO雷达的发射信号特点及天线阵元布置特点,分析了雷达目标和杂波的散射特点。目标回波的各向异性比杂波更强。因此可以用隐马尔可夫模型（HMM）对目标和杂波分别建模,实现目标和杂波的分离。在检测过程中,首先用样本模型对HMM进行训练,得出它的参数。然后用训练好的HMMs分别对待检测信号进行归类,分别计算它属于杂波和目标的概率,计算概率比值,大于门限判断有目标。仿真实验表明,本文方法的检测性能优于传统的检测方法。本方法在检测时候的计算量很小,有利于信号的实时处理。     

基于CPCI总线的相控阵雷达波束调度系统设计

为了解决传统相控阵雷达波束调度系统工作不够灵活、不够高效,以及信息传输效率不高、易受干扰等缺点,提出了一种新型的基于CPCI总线的波束调度系统体系结构,采用了在实时系统VxWorks下的CPCI设备驱动、DMA数据传输等技术,充分利用了软件编程的灵活高效,提高了系统的传输效率和质量。工程实践表明,此体系结构可以高效、稳定的保证波束调度软件系统乃至相控阵雷达整机系统正常工作。     

矢量调制在相干多通道信号发生中的应用研究

对基于相干体制的多通道电子系统如MIMO通信、相控阵雷达、多通道侦察接收机等进行性能评估与测试一直是一个复杂、昂贵的过程,因为难以产生符合测试要求的多路相干信号。提出了一种基于矢量调制技术的宽频带相干多通道信号发生方法,分析了矢量调制器的非理想特性对多通道相干信号发生的影响,给出了解决思路。该方法具有频率覆盖范围宽、相位控制范围大、精度高、调节分辨率精细等优点,为基于相干体制的多通道接收机测试提供了一种高效便捷的信号模拟方法。     

相控阵天线故障诊断方法研究

随着相控阵天线阵列数目的增加和机载雷达尺寸的增大,故障单元快速诊断的需求日益迫切。本文基于相控阵天线故障诊断的原理,研究了一种相控阵天线故障信号的预处理和诊断方法。首先用矩量法构建了仿真环境;其次利用小波模极大值的方法对信号进行了降噪处理,并提取了时域统计特征和小波能量特征;最后运用层次 SVM诊断方法进行分类,获得更高的准确率。实验表明,在信噪比不同的情况下,分类正确率呈现稳步提高的趋势。理论上证明该方法能够有效诊断相控阵阵元故障。     

Comparison of three commercially available radio frequency coils for human brain imaging at 3 Tesla

Objective To evaluate a transverse electromagnetic (TEM), a circularly polarized (CP) (birdcage), and a 12-channel phased array head coil at the clinical field strength of B ₀ = 3T in terms of signal-to-noise ratio (SNR), signal homogeneity, and maps of the effective flip angle α. Materials and methods SNR measurements were performed on low flip angle gradient echo images. In addition, flip angle maps were generated for α_nominal = 30° using the double angle method. These evaluation steps were performed on phantom and human brain data acquired with each coil. Moreover, the signal intensity variation was computed for phantom data using five different regions of interest. Results In terms of SNR, the TEM coil performs slightly better than the CP coil, but is second to the smaller 12-channel coil for human data. As expected, both the TEM and the CP coils show superior image intensity homogeneity than the 12-channel coil, and achieve larger mean effective flip angles than the combination of body and 12-channel coil with reduced radio frequency power deposition. Conclusion At 3T the benefits of TEM coil design over conventional lumped element(s) coil design start to emerge, though the phased array coil retains an advantage with respect to SNR performance.     

多径效应对无源定位性能的影响

针对基于标量信号的测角公式难以准确给出多径影响的问题,本文依据相控阵雷达波束形成的方法以及单脉冲相位和差测角的原理,推导出基于矢量信号的相控阵雷达相位和差测角公式,同时结合无源定位下多径效应的原理,深入分析了该情况下多径效应对相位和差测角的影响。仿真结果表明,基于矢量信号的相位和差测角公式能够量化多径效应对测角的影响,而且便于量化分析各类抑制措施对多径效应的改善程度,最后通过实验验证了新方法的有效性和准确性。     

Investigation of complex phased array coil designs for cardiac imaging

In this study we present a method to simulate complex phased array coil designs for cardiac imaging. It is based on the combination of numerically calculatedB ₁ field vectors for each coil of the array and a noise resistance data set, which is acquired only once with a set of test coils. This technique allowed fast assessment of the SNR performance of arbitrary geometries of single coils to be used as building blocks in complex array configurations. In addition, since clinical scanners usually provide only four receiver channels, we used this method to investigate the use of hardware combiners for different array configurations, consisting of up to eight coils. Simulated array geometries resulted in up to ≈30% gain in SNR for deep cardiac structures, compared to a conventional linear four coil array. This was confirmed by phantom experiments with implemented coils