OFD-LFM MIMO雷达中旋转目标微多普勒效应分析及三维微动特征提取

该文将微多普勒效应引入到多输入多输出(MIMO)雷达技术研究,以旋转运动目标为例,分析了雷达辐射正交频分线性调频信号(OFD-LFM)时目标的微多普勒效应,给出了其参数化表达。在此基础上,进一步将微多普勒理论从目前的雷达视线方向上的微动分量提取扩展到微动部件3维运动和结构特征提取,利用MIMO雷达的多视角特性,提出了构建多元非线性方程组求解旋转部件的3维运动参数的算法,实现了目标3维微动特征的提取。仿真实验验证了算法的有效性和鲁棒性。     

基于跟踪脉冲的MIMO雷达多目标微动特征提取

微动特征是空间目标识别的重要特征信息之一。然而,现有的多功能多输入多输出(Multi-Input Multi-Output, MIMO)雷达通常需要在完成目标搜索和跟踪任务之后为目标微动特征提取分配大量连续的时间资源,导致目标识别实时性能和雷达系统整体工作性能均不高。针对该问题,该文提出了一种基于跟踪脉冲的MIMO雷达多目标微动特征提取方法。首先依据各目标的方位信息对MIMO雷达发射波形进行设计,为不同方向目标同时发射跟踪脉冲;在此基础上,综合考虑目标微动特征提取性能以及目标跟踪性能的需求,对跟踪脉冲的发射时间序列进行优化设计;最后,直接利用窄带跟踪脉冲实现对不同方向目标微动特征的同时提取,无需再为目标微动特征提取分配额外的时间资源,有效提升目标识别实时性和雷达工作效率。仿真实验表明,在信噪比大于–10 dB时,所提方法能够实现多目标微动特征的准确提取,具有良好的有效性和鲁棒性。      

稀疏MIMO雷达实孔径三维成像技术

针对任意的多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)稀疏阵列提出了MIMO单快拍成像模式和相控阵多帧联合成像模式两种三维成像方法,并对两种模式下角度分辨率及信噪比(signal noise ratio, SNR) 进行了对比. MIMO单快拍成像模式角度分辨率等价于收发联合等效阵列;相控阵多帧联合成像模式的方向图等于发射方向图与接收方向图的乘积,同样也能获得收发联合等效阵列的角度分辨率;相控阵多帧联合成像模式与MIMO单快拍成像模式的SNR的比值为发射阵列数量. 讨论了稀疏阵列与均匀满阵之间的区别与联系,稀疏阵列的波束方向图等价于均匀满阵的二维加窗快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT),加窗使稀疏阵列方向图展宽. MIMO单块拍成像模式适用于对实时性要求高的应用场景,相控阵多帧联合成像模式适用于对SNR要求高的应用场景.     

合成孔径雷达微动目标特征提取与参数估计研究进展

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)探测区域中存在一类微动目标,深入研究SAR回波中的微动特征信息,可以获取反映目标结构、运动等信息的特征量,在战场侦察监视、目标识别、精确制导等领域具有重大意义。为此,介绍了SAR-微动目标指示(SAR-MMTI)的概念及其国内外研究历史,综述了对SAR微动目标的特征提取与参数估计方法的研究现状,指出在SAR微动目标的探测运用中仍然存在算法运算量大,抗杂波噪声能力弱,无法适应多微动目标、大微动目标和复合微动目标等问题,提出了解决问题的思路,给出了仿真结果并对SAR微动目标特征提取与参数估计的发展趋势进行了展望。     

微动目标雷达特征提取、成像与识别研究进展

微动目标的雷达特征提取、成像与识别技术是雷达目标精确识别领域极具发展潜力的研究方向之一。该文首先简要阐述了微动的相关概念,然后综述了近年来微动目标回波建模、微动特征提取、微动目标成像以及基于微动特征的雷达目标分类与识别等方面的研究现状,并介绍了几种典型前沿应用,最后对微动目标雷达特征提取、成像与识别的研究发展趋势进行了展望。      

基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法

为了提高多输入多输出(MIMO)雷达三维成像沿运动方向的方位分辨率,该文从多快拍图像联合利用的角度入手,提出一种新的多输入多输出-逆合成孔径雷达(MIMO-ISAR)三维成像方法。其基本思路是通过对一段时间观测下二维平面阵列获取的多个单快拍三维图像进行相干处理,沿着散射点线性拟合的方向提取峰值并重构出新的三维图像。仿真实验结果表明,与单快拍三维成像方法相比,该方法可以显著提高成像结果沿运动方向的方位分辨率;与现有基于重排和插值的经典MIMO-ISAR方法相比,该方法对慢速和快速运动目标均适用,得到的成像结果聚焦良好并能够有效抑制沿运动方向的旁瓣。      

雷达目标旋转部件的微Doppler效应

目标的微动特征与目标属性密切相关,可作为目标识别的重要特征。对旋转部件,该文建立了具有空域时变特性的点散射模型。基于此模型,分析了由目标的旋转部件引起的微Doppler效应,对含有旋转部件的目标回波的时频特性进行了理论推导,并利用外场实测数据,得到了雷达目标回波的时频图,与理论推导的结果十分吻合,验证了理论推导的正确性。在此基础上,提出了一种基于短时傅里叶变换的目标微动参数提取方法,利用实测数据对目标的微运动参数提取进行了尝试,得到了很好的结果,为PD雷达的目标特征提取与识别提供了理论指导。     

一发多收MIMO雷达的目标关联特性

一发多收MIMO雷达结合了集中式和分布式MIMO雷达的工作特点,兼有两种模式的性能优势。接收站可以独立测得发射站角度信息,存在信息冗余,通过加权最小二乘融合可得到高精度的定位结果,这将会使目标关联的结果更加精确。基于T/R-R模式一发双收MIMO雷达,分析了MIMO雷达目标关联的性能,建立了概率模型,推算了正确关联概率和错误关联概率,数值计算和蒙特卡洛仿真结果显示了模型的正确性。最后通过与普通相控阵雷达比较,验证了一发多收MIMO雷达目标关联的性能优势。     

基于参考阵元的TDM MIMO FMCW雷达运动补偿方法

针对时分复用（time division multiplexing,TDM）多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）调频连续波（frequency modulated continuous wave,FMCW）雷达的速度-角度耦合问题,提出一种基于参考阵元的运动补偿方法.把MIMO阵列组合阵元T₁/R₁等效的虚拟阵元1选定为参考阵元,通过对参考阵元接收的2个调制周期信号进行处理,提取运动引入的相邻阵元相位差,利用该相位差构建相位补偿因子消除运动引入的相位,实现运动目标的精确角度估计.该方法采用固定的基于参考阵元的TDM时序,无需根据工作场景调整TDM时序,且不需要估计目标的速度,避免了模糊速度估计问题.仿真结果和实验结果验证了该方法的有效性.     

相位噪声对目标微动特征提取的影响

相位噪声对微多普勒频率测量的影响是决定微动特征能否在雷达目标识别中应用的关键因素之一.文中给出了单边带相位噪声与相位起伏均方根的关系,建立了考虑相位噪声后的微多普勒模型,通过仿真和暗室试验分析了微动特征提取对雷达相位噪声的需求.仿真和暗室试验结果表明,若雷达系统相位噪声在偏离载波1 kHz时小于-60 dBc/Hz,并且在近端相位噪声按频率的反比衰减时,雷达系统相位噪声对微多普勒特征提取效果影响较小.     

雷达微多普勒特征提取和目标识别研究现状

自从雷达目标微多普勒现象被发现以来,雷达目标的微动特性在雷达目标探测与识别中受到越来越多的关注,对目标微动特性的测量和分析正在成为当前目标探测与识别领域的新兴研究方向。文中主要介绍了目标微动和微多普勒效应的概念,比较分析了目前目标微动的测量与分析处理技术,并且着重从几个方面分别介绍了目前微动特征提取的应用现状,接着就目前较常用的几种微多普勒目标识别分类器的识别率进行了比较和分析,最后对目标微动特性研究的发展趋势和技术难点进行了预测和总结。     

基于分布式组网雷达的弹道目标三维进动特征提取

弹道目标微动特征提取是当前研究的一个热点,但在单基雷达中,由于视角限制,仅能提取目标在雷达视线方向上的微动分量,难以获得目标的真实三维微动参数.本文基于分布式组网雷达,利用组网雷达的多视角特性,提出了有翼弹道目标三维进动特征提取方法.首先基于目标锥顶散射点的微多普勒特征参数实现了目标空间三维锥旋矢量的重构,在此基础上,通过分析锥底边缘散射点的进动特征与微多普勒曲线的关系,提取了目标的进动周期、自旋周期、进动角、锥底半径、自旋轴与锥旋轴的交点位置等特征,并实现了目标长度的估计.仿真实验验证了算法的有效性,并进一步利用仿真实验分析了算法的鲁棒性.     

统计MIMO雷达目标跟踪技术研究

首先研究了统计多输入多输出(MIMO)雷达对运动目标参数的估计(也称雷达测量),以雷达估计性能为依据设定其工作参数,提出了一种统计MIMO雷达对运动目标跟踪与参数估计相结合的交互式跟踪方法。理论分析表明,所提方法在目标雷达横截面积(RCS)闪烁严重的情况下仍能很好地进行跟踪,并保持很高的跟踪精度;而且论文中所提出的参数估计法可以有效地降低MIMO雷达参数估计的运算复杂度,解决了参数估计中一大难题。仿真实验也验证了该方法的有效性。     

线性调频步进信号雷达微多普勒效应分析及目标特征提取

研究了线性调频步进信号体制下雷达目标的微多普勒效应,分析了距离像走动和卷绕现象,并重点讨论了旋转和振动形式的微动引起的微多普勒效应,推导出了其在距离-慢时间平面的解析表达式.在此基础上,提出利用推广的Hough变换法并结合时频分析来提取微多普勒特征的方法,并详细论述了不同旋转(振动)频率和半径(振幅)情况下的处理算法.仿真实验验证了文中微多普勒效应理论分析和特征提取方法的正确性.     

MIMO雷达的干扰研究

多输入多输出雷达采用了空间分集和频率分集技术,有效地克服了由于雷达截面积角闪烁带来的性能损失。文中介绍了MIMO雷达的工作原理,分析了对MIMO雷达有效干扰的两种方式:假目标欺骗干扰和分布式干扰,并对假目标欺骗干扰效果进行了仿真。仿真结果表明,只有对MIMO雷达中的所有雷达都进行干扰时,才能对MIMO雷达系统实现有效干扰。     

分布式MIMO雷达的目标定位

针对多输入多输出雷达系统，研究了目标定位问题，并提出基于双基测距的分布式多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达的目标定位算法。首先，通过引入多余参数和这些参数与未知目标定位的关系，将目标定位问题转化为约束二次规划(Quadratically Constrained Quadratic Programming, QCQP)问题，然后，考虑到QCQP问题是非凸和NP-Hard，再将每个非凸约束近似为线性约束，最终QCQP问题就转化为线性约束二次规划(Linearly Constrained Quadratic Programming, LCQP)问题。最后，利用迭代约束权重最小二乘(Iterative Constrained Weighted Least Square, ICWLS)算法求解LCQP问题。实验数据表明，提出的ICWLS算法能够收敛于一个最优值。     

一种短波MIMO系统模型及适用性分析

在现有Gesbert多输入多输出(MIMO)系统模型的基础上,结合短波天波信道的传播特点,建立了一种短波MIMO系统模型。所建立的模型是一种解析模型,可由接收天线相关矩阵、发射天线相关矩阵以及传播模式相关矩阵产生。通过对该模型进行适用性分析发现,其与实际HF MIMO系统的信道矩阵具有相同的秩特性。该模型避免了直接测量HF MIMO信道矩阵的复杂性和局限性,可以用于进行HF MIMO系统容量计算。     

MIMO雷达目标检测问题研究

为了了解MIMO雷达的空间分集对目标检测的影响,本文对收（发）全分集（不分集）四种较极端的空间分集情况下雷达对Swerling目标模型的N-P准则下的最优检测方法以及相应的检测性能进行了研究,结果表明需要选择合适的空间自由度才能得到特定环境下最佳检测性能。