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。      

通信化雷达信息分段波形设计与处理

通过在发射信号中嵌入发射站位置、发射时刻等辅助信息,通信化雷达能够实现无通信链路情况下双基地探测能力,广泛适用于分布式探测场景。通信化雷达应用于机载平台常需使用中高重频信号,占空比的约束使得通信化雷达无法在一个脉冲内嵌入完整的通信信息。针对该问题,本文提出了将辅助信息分段嵌入到脉冲串的信息分段波形设计方法,设计了“两层匹配+两次积累”的信号处理方案,对比分析了该波形的误码率和输出信噪比,验证了该波形在中、高重频场景下的适用性。     

天基TDM-MIMO雷达系统抗干扰波形设计方法

针对天基MIMO脉冲雷达探测体制的发射波形设计问题,考虑到天基雷达的发射波形等相关参数极易被敌方侦察设备侦收到,提出了一种新的抗干扰天基TDM-MIMO雷达波形设计方法。结合雷达系统的信号处理流程,建立了基于复合模糊函数的波形设计参数化模型,以表征雷达探测性能的发射信号集复合模糊函数和表征抗欺骗干扰的正交性来优化设计雷达波形,在保证了雷达探测性能的前提下,兼顾了抗干扰性能。该优化波形同时具有一定范围的多普勒不敏感的特性。天基TDM-MIMO雷达系统各发射阵元依次发射或跳变发射正交波形,所有接收阵元接收回波信号,回波信号经过信号处理流程之后实现了目标的检测。仿真试验验证了优化波形的有效性和可行性,适用于天基TDM-MIMO雷达探测高速空间目标的实际工程应用。     

杂波环境中雷达通信一体化系统波形设计算法研究

针对杂波环境中雷达通信一体化系统探测性能下降的问题,该文以信干噪比作为设计准则,通过联合优化系统发射波形和接收滤波器来抑制杂波,进而增强目标探测性能。为同时保证系统信息传输的质量,将通信信号的多用户干扰能量纳入约束条件。此外,引入相似性约束使得发射波形具有良好的模糊函数。为求解发射波形和接收滤波器联合优化问题,提出了一种基于循环优化和半正定松弛的迭代算法。理论分析证明了算法的收敛性。仿真结果表明,所设计的波形不仅可以提升系统在杂波环境中的目标探测性能,而且可以高效地实现多用户通信。      

波形分集阵列新体制雷达研究进展与展望

传统雷达存在主瓣欺骗式干扰难抑制、距离模糊杂波难分离等问题。一方面,由于增加了发射维自由度,波形分集阵列新体制的提出改变了雷达获取信息的方式。另一方面,通过灵活的系统设计和信号处理方法,增强了信息提取能力,在抗干扰、检测等方面比传统相控阵、MIMO雷达有明显的性能提升。该文总结了波形分集阵列雷达的国内外最新研究进展,分别从频率、时间和相位调制方式给出阵列分集体制的基本概念,并对波形分集阵列雷达的研究趋势进行了梳理。在现有基础理论和关键技术研究的基础上,验证波形分集阵列在提供目标新信息、增加系统额外可控自由度方面的优势,提升了新体制雷达的多维探测能力。      

宽带雷达探测性能分析

宽带雷达探测性能评估方法与窄带雷达有较大不同。从雷达目标的散射中心模型出发,分析比较了高斯白噪声背景下窄带雷达和宽带雷达的探测性能。理论分析和数值仿真结果表明,如果已知被探测目标确切的先验信息,包括目标散射特性、目标相对雷达的姿态角等,结合优化设计的发射信号波形,宽带雷达就可以获得优于窄带雷达的探测性能。考虑到实际应用中目标先验信息不易获取,宽带雷达的探测性能相对于其最优性能将大大下降。     

基于空频域MIMO波形优化的雷达通信共享系统设计

提出了一种基于空频域波形设计的雷达通信共享系统，即对多输入多输出发射波形在空域和频域进行优化，利用优化的发射方向图主瓣实现对目标区域的雷达探测，通过控制通信方位的发射方向图旁瓣水平以及通信频带上的功率谱密度水平来实现通信信息传输。为此，在方向图旁瓣电平、波形功率谱水平、波形恒模等约束下，以发射方向图的匹配误差为目标函数，建立了相应的波形优化问题，并采用半正定松弛方法和高斯随机化方法来求解该问题。文中给出了通信信息的解调过程，且分别验证了雷达性能和通信性能。     

空域自适应处理技术在外辐射源雷达探测中的应用

外辐射源雷达系统具有隐蔽性好、反隐身能力及简单可靠等优点,近年来受到更多的重视。但在实际应用中直达波、多径信号及同频等杂波信号严重削弱了该体制雷达的探测性能,限制了其应用。该文分析了基于数字阵列体制下以调频广播信号为照射源的无源雷达,提出了空域自适应处理方法来抑制杂波信号,检测到杂波抑制前系统无法检测到的目标。从处理结果来看空域自适应处理方法有效抑制了杂波信号,大大改善了外辐射源雷达的探测性能。     

一种基于异地处理的抵近探测雷达系统

文章提出了一种通过增加转发站,实现定向远距离目标探测的新体制雷达。该体制雷达由发射站、转发站和接收站三部分组成。探测过程中,通过转发站抵近目标的方式实现远距离目标探测。发射站发射正交波形探测信号覆盖目标区域,转发站抵近目标区域,对目标散射信号进行接收并错频回传,接收站接收回传信号,实现目标探测。基于探测信号的正交性,该雷达利用单通道转发站即可实现远距离目标探测。单通道转发站使得雷达具备远距离探测能力的同时,符合抵近探测所需的简单化、轻量化的需求。文章对该体制雷达的工作原理进行了理论论证和数值仿真分析。     

基于短波数字广播信号的天波雷达波形研究

针对远程天波雷达大功率发射系统构建、建站和运维成本高昂等实际问题，通过共享民用大功率短波数字调幅广播发射波形作为天波雷达发射信源是一种潜在的选择。从短波数字调幅广播发射信号波形出发，采用模糊函数作为分析工具，详细研究短波数字调幅广播发射波形用于天波雷达目标探测的分辨率、副峰与抗干扰性等特性并与常用的天波雷达线性调频信号进行对比。通过仿真及对新闻、音乐等不同音调节奏及其他多种类型的实际广播节目信号探测性能的研究可知，短波数字广播信号可用于天波雷达信号源，对基于民用短波数字调幅广播发射信号构建天波雷达和广播雷达一体化技术具有指导意义。     

雷达目标检测的信息几何方法

信息几何是源于对统计流形几何性质的研究而发展起来的一套理论体系,为解决雷达信号处理等问题提供了一种新的思路和方法。本文基于信息几何理论,从一个全新的角度认识了雷达目标检测问题,并通过定义统计流形上两分布间的距离,进而提出了雷达目标检测的信息几何方法,该方法通过计算统计流形上由观测数据估计得到的分布与目标有无两种假设分布间距离之差的大小就可以实现目标的检测,将统计检测问题转化为了统计流形上的几何问题,简单实用,最后仿真比较了其与传统似然比检测的检测性能 。      

一种利用序贯判决信息的雷达检测新方法

 在系统已获得一些判决信息的情况下,本文给出了一种新的可以利用这些判决信息的检测方法.系统已经获得的判决信息可以粗略地理解为关于目标的先验信息,利用这些判决信息可以修正系统当前时刻的判决规则,以提高系统的检测性能.本文分析并得出了该检测方法的似然比判决形式,给出了判决阈值的确定方法,并对系统的检测性能进行了评估.计算机仿真实验进一步验证了该检测方法的可行性.     

合作式MIMO雷达通信一体化系统的检测与互信息增益

本文研究合作式多输入多输出（Multiple-input multiple-output, MIMO）雷达通信一体化系统的性能,雷达系统和通信系统在共存的基础上相互合作。一方面,通信端将信息与雷达端共享,则源自雷达发射机和通信发射机的目标回波都被利用起来以完成雷达任务,一体化系统可等效为主被动混合式的MIMO雷达系统,有利于提高雷达方面的性能。另一方面,雷达端将信息与通信端共享,则在传统通信基础上,经雷达目标反射的通信信号也可被加以利用,完成通信任务,有利于提高通信方面的性能。本文以雷达目标检测概率和通信互信息为例,推导雷达系统和通信系统的性能,分析表明合作给MIMO雷达通信一体化系统中雷达端和通信端都带来了性能提升。进一步,针对功率有限的系统,讨论合作式MIMO一体化系统的功率分配问题,并仿真得到了最优的功率分配方式。      

雷达通信一体化中的遍历干扰对齐

针对由相控阵雷达和多用户多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)通信系统组成的雷达通信共存架构,为消除系统间的干扰,提出一种遍历干扰对齐算法.利用这种方法可以有效地消除相控阵雷达和MIMO通信系统之间的相互干扰,且可以利用相控阵雷达的相干累加特性提高雷达系统的检测性能.分析了通信干扰对相控阵雷达系统的影响,并推导出相应的检测概率.理论分析和仿真结果都验证了遍历干扰对齐方法的有效性.     

利用无人机标定雷达精度的新方法

针对现有雷达标定系统存在的使用成本高、组织实施不方便、真值获取手段不可靠等一系列问题,提出了利用搭载“北斗”卫星定位系统的旋翼无人机作为探测目标的三坐标雷达精度标定新方法。设计了基于该方法的三坐标雷达标定系统方案,研究了系统实现所需的关键技术,最后给出了系统样机的试验结果。结果表明,该方法能够真实反映三坐标雷达的系统误差,与传统雷达标定方法相比,更加经济、简便、灵活。     

Self-sustained UWB Sensing: A Link and Energy Adaptive Approach

Energy efficiency is a challenging issue in autonomous and distributed sensing systems, especially when these systems are powered by renewable energy sources. In this paper, we present a link and energy adaptive UWB-based sensing technique to improve the detection time coverage and detection range coverage for self-sustained embedded applications. The basic idea is derived from the fact that domain-specific information in such applications is often available. Thus, by jointly exploiting the link information between the transmitter and receiver of the UWB pulse radar, and the non-deterministic characteristics of the renewable energy, the proposed technique dynamically adjusts the pulse repetition frequency of the UWB radar to enhance the sustainable operation under the unreliable energy supply. The overhead of the proposed technique is negligible as compared with the overall energy consumption of the UWB pulse radar. It was demonstrated that the proposed technique can achieve much better detection time coverage and detection range coverage than the conventional UWB radar. The proposed technique is also insensitive to many practical issues such as the limited battery capacity.     

多斜率步进调频连续波信号在汽车防撞雷达中的应用

该文首先介绍了工作在毫米波段的汽车防撞雷达的有关情况,然后针对其在实际工作情况下遇到的虚警问题,提出了一种新的雷达发射信号波形,即多斜率步进调频连续波信号。该波形可以容易地数字化产生,同时其相应的信号处理降低了传统的高分辨率雷达对高速宽带信号处理的要求。该文还提出了一种用于多个车辆目标检测的逐次逼近算法,仿真结果表明,该算法能够有效地去除虚假目标。     

MIMO雷达多目标检测前跟踪算法研究

 本文基于检测前跟踪技术研究了MIMO雷达系统中多个运动目标的早期预警问题,在推导已知目标数量时的二元广义似然比检验的基础上,提出了一种次优的基于“逐目标消除和极坐标Hough变换（STC-PHT）”的多目标检测前跟踪算法,并推导了该算法的虚警概率和检测概率表达式。与以往的多目标检测前跟踪算法相比,新算法具有较低的计算量,且本质上无需目标数量的先验信息,避免了目标数量未知时需执行多元假设检验的问题。仿真分析表明,新算法能有效地改善MIMO雷达在低信噪比条件下的检测性能。     

雷达通信一体化的六种主要技术体制

雷达通信等信息系统在信号产生、传输与处理等方面呈现同构化特性,其一体化已成为发展趋势。文中梳理了大量雷达通信一体化领域的国内外文献,分析了雷达通信一体化的必要性与可行性,总结归纳了实现雷达通信一体化的六种主要的技术体制。提出了新一代集分布式、网络化、一体化三大特性于一体的网络雷达对抗系统的雷达通信一体化的性能要求,陈述了对新一代电子信息系统的雷达通信一体化研究的迫切性。     

航空鸟击雷达鸟情探测研究

鸟击问题是全世界航空业共同的难题,受到国际学术界的普遍关注.基于雷达的鸟情探测的研究取得了很大进展,在一些发达国家已经建立起实用的雷达鸟击预警系统.本文首先总结了雷达鸟情探测研究的概况,介绍国外雷达鸟情探测系统的发展现状,鸟类雷达目标回波信息的特点、识别和检测方法.然后介绍了雷达鸟类目标探测的新进展:地理信息系统(GIS)、人工神经网络、计算机网络等新技术应用于雷达鸟情探测系统,构成了高效、实时的三维雷达鸟情探测网.最后提出了雷达鸟类识别研究的未来发展方向.