分布式全相参雷达系统时间与相位同步方案研究

分布式全相参雷达是一种新体制雷达,它解决了大口径雷达难以机动部署、造价昂贵等问题,是下一代雷达的发展方向,目前实现分布式全相参雷达所面临的关键技术问题是时间同步和相位同步。对此,该文分析了时间同步误差和相位同步误差的来源,建立了相应的数学模型,仿真了同步误差对相参性能的影响,给出了时间同步误差及相位同步误差的指标要求。并基于有线传输的非相关传输方式提出了时间同步方案,基于定标的方式提出了相位同步方案,以分别实现分布式全相参雷达的时间同步和相位同步。该文所提出的分布式全相参雷达同步方案,对于这一新体制雷达的实现具有一定的指导意义。      

分布式雷达系统相位同步问题的研究

文中分析了时间、空间、相位难以同步,严重限制分布式卫星双站SAR雷达性能的问题,提出了一种解决相位同步问题的补偿办法。该办法能很好地满足双站雷达干涉成像的性能要求,也能用于其他的分布式雷达系统。     

基于相关法的分布式全相参雷达相干参数估计及相参性能

针对一般结构的分布式全相参雷达,研究了基于相关法的时延差和相位差估计性能以及输出信噪比增益(oSNRg)。首先分别建立多输入多输出(MIMO)模式和全相参(FC)模式下的信号模型。然后重点分析估计相位差时的相位模糊问题,并提出一种有效的解模糊方法。数值实验结果表明：当输入信噪比足够高时,相关法能够获得稳健的相干参数估计,且oSNRg接近理想值。     

分布式天基雷达杂波仿真

该文在机载雷达地杂波的研究基础之上分析地球与天基雷达之间的几何关系,以及地球自转时对分布式天基雷达的影响并分析了这些影响该杂波仿真相关参数带来的变化.在此基础之上,详细对比分析了地球自转与不自转情况下的杂波,以及在不同的PRF下面分布式天基雷达杂波的距离模糊及多普勒模糊情况.     

基于特显点的机载分布式相参雷达同步误差校正方法

机载分布式相参雷达(DCAR)相比较于地基DCAR具有探测距离远、机动性高和部署灵活等优势,然而,载机平台运动使得机载DCAR面临更加严格的时间、空间和相位同步要求。为此,该文建立了基于慢时间码分多址(ST-CDMA)波形的机载DCAR信号模型及其矩阵表示形式,分析了时间、空间和相位同步误差对目标相参合成的影响,并提出一种基于特显点的机载DCAR同步误差校正方法。该方法首先采用目标参数搜索的方式消除滤波器网格失配误差;接着,利用基于目标的估计方法或者基于中继的估计方法完成单元位置误差校正;最后,利用特征结构方法校正等效幅相误差。仿真实验验证了所提方法的有效性。

     

基于特显点的机载分布式相参雷达同步误差校正方法

机载分布式相参雷达(DCAR)相比较于地基DCAR具有探测距离远、机动性高和部署灵活等优势,然而,载机平台运动使得机载DCAR面临更加严格的时间、空间和相位同步要求.为此,该文建立了基于慢时间码分多址(ST-CDMA)波形的机载DCAR信号模型及其矩阵表示形式,分析了时间、空间和相位同步误差对目标相参合成的影响,并提出一种基于特显点的机载DCAR同步误差校正方法.该方法首先采用目标参数搜索的方式消除滤波器网格失配误差;接着,利用基于目标的估计方法或者基于中继的估计方法完成单元位置误差校正;最后,利用特征结构方法校正等效幅相误差.仿真实验验证了所提方法的有效性.     

微波光子信号同步及其在分布式相参雷达中的应用

分布式相参雷达技术通过多节点高性能信号同步实现跨平台的信号级相参融合,可大幅提升雷达探测、跟踪和抗干扰等能力,是雷达领域的重要发展方向之一。随着雷达频率范围的拓展、瞬时带宽的增大和搭载平台的多样化,分布式相参雷达技术对节点间信号的时间、空间、频率、相位同步性能提出了越来越高的要求,这使得传统电学信号同步技术面临巨大挑战。文中介绍了分布式相参雷达对信号时、空、频、相同步的性能要求和国内外相关技术的研究进展,重点总结了微波光子同步技术的基本原理和代表性成果;构建了微波光子分布式相参探测原理验证系统,验证了微波光子分布式相参的可行性,为推动分布式相参雷达的前沿发展与工程化应用提供了关键技术支撑。     

分布式全相参雷达相参性能分析

该文针对多脉冲发射协同结构的分布式全相参雷达,首先建立了全相参模式下的信号模型,然后推导了输出信噪比增益(oSNRg)的解析式,并基于相干参数估计的克拉美-罗界(CRB),利用多项式拟合,获得了oSNRg上界的数值解。结果表明：增加发射天线数或脉冲数能够提高oSNRg;而增加接收天线数能否提高oSNRg取决于输入信噪比大小,输入信噪比较大时则oSNRg随之提高,较小时反而随之下降。最后的仿真实验验证了研究结论的正确性。     

异步多基地雷达分布式批估计方法研究

在实际应用中,由于初始偏差、采样速率不同等原因,系统量测一般也非同步。多基地雷达数据通常面临异步数据融合问题。为了解决该问题,该文按照批处理的思路,联合一段时间内的多个异步数据对同一目标状态进行估计,并基于最优贝叶斯估计原理,提出了一种新的批估计数据融合准则;然后,依据该准则推导出了一种解析的分布式批估计方法;最后,针对非线性非高斯场景,提出了一套完备的粒子滤波实现方案。仿真结果表明,文中提出的方法相比现有方法具有跟踪精度高,计算量小等优点。     

双基地雷达相位同步系统设计

同步是双基地雷达的关键技术之一,该相位同步系统采用双向相位传递法,在收、发站分别测量相位差,再将两个相位差值相减得到相位补偿值。通过对相位同步信号采样,加窗,用FFT谱分析法测量相位差值,通过仿真证明该方法可精确测得相位差值,完全可达到双基地雷达相位同步要求。     

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。     

A distributed transmit beamforming synchronization strategy for multi-element radar systems

The distributed transmit beamforming has recently been discussed as an energy-effective technique in wireless communication systems. A common ground of various techniques is that the destination node transmits a beacon signal or feedback to assist source nodes to synchronize signals. However, this approach is not appropriate for a radar system since the destination is a non-cooperative target of an unknown location. In our paper, we propose a novel synchronization strategy for a distributed multiple-element beamfoming radar system. Source nodes estimate parameters of beacon signals transmitted from others to get their local synchronization information. The channel information of the phase propagation delay is transmitted to nodes via the reflected beacon signals as well. Next, each node generates appropriate parameters to form a beamforming signal at the target. Transmit beamforming signals of all nodes will combine coherently at the target compensating for different propagation delay. We analyse the influence of the local oscillation accuracy and the parameter estimation errors on the performance of the proposed synchronization scheme. The results of numerical simulations illustrate that this synchronization scheme is effective to enable the transmit beamforming in a distributed multi-element radar system.     

基于压缩感知的分布式MIMO雷达速度估计与联合检测

针对分布式MIMO雷达系统,在站间大间隔配置获得空间分集增益的基础上,提出了一种基于压缩感知的目标速度估计与检测的联合算法,并利用二阶锥规划提高了感知算法在低信噪比时的估计精度。该算法有效降低了常规最大似然估计的计算成本,且在噪声功率未知时联合检测的性能上要明显优于距离门检测。通过理论分析证明,所提出的估计与联合检测算法能够有效估计速度并检测目标。仿真实验也验证了算法的有效性。     

Coherent angle estimation based on Hankel matrix construction in bistatic MIMO radar

In this article, a novel coherent angle estimation method is proposed for bistatic multiple-input multiple-output radar. First, a decorrelation operation is taken by constructing a Hankel block matrix whose rank equals the number of coherent targets and is independent of the coherency between these targets. Therefore, the signal and noise subspaces of the Hankel block matrix can be estimated properly. Then, in conjunction with the ESPRIT algorithm, the shift invariance properties of the transmit and receive arrays are exploited to estimate the angles of coherent targets with automatic pairing. The numerical simulations demonstrate its validity.     

用于多层介质目标成像的改进波数域算法

近年来,获取高分辨探地雷达图像以实现目标检测受到广泛关注。相位偏移补偿算法（PSM）可以针对不同介电常数的多层介质成像,在各领域应用广泛。受距离维像素循环计算过程影响,PSM成像速度慢。基于PSM相关理论基础,提出改进波数域的多层介质快速成像算法,在每个独立介质层中,通过快速傅里叶运算取代PSM算法中的像素迭代过程,可以有效降低成像时间。针对双层介质模型,提出基于目标顶点区域提取的波速估计方法,用于精确补偿相位成像。通过搭建双层介质实验平台,利用该算法获得了多种被埋目标高分辨图像,验证了算法的有效性。     

实际应用中星载SAR的相位修正

利用大气折射理论对实际应用中星载合成孔径雷达(SAR)的大气层路径延时和相位的修正进行了推导,给出了仿真数据,并总结了延时和相位修正的规律.     

Full frequency-phase synchronization for physical-layer distributed clocks

In wireless networks,the majority of cooperative communications rely on the high-accuracy timing synchronization among isolated nodes.However,most presented physical-layer distributed synchronization a...     

双基地分布式阵列MIMO雷达的DOA和DOD估计方法

结合分布式阵列和双基地多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达的特点, 提出了一种新的双基地分布式阵列MIMO雷达的接收角(Direction of Arrival, DOA)和发射角(Direction of Departure, DOD)估计方法.根据发射阵列和接收阵列的空域旋转不变特性, 利用旋转不变估计技术(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques, ESPRIT)获取无模糊DOA粗估计和高精度周期性模糊的DOA、DOD精估计; 再利用无模糊DOA粗估计、目标的双基地距离信息以及双基地MIMO雷达的几何特点, 解除DOA、DOD精估计的周期性模糊, 得到高精度且无模糊的DOA和DOD估计.最后, 根据ESPRIT算法原理和估计误差的概率统计特性进行算法的性能分析, 给出算法基线模糊门限的近似计算方法.该算法有效地放宽了发射阵列孔径扩展程度的限制, 从而提高了阵列在大孔径下的角度估计精度, 且能够实现DOA和DOD估计的自动配对.仿真结果验证了所提算法和性能分析方法的有效性.     

一种快速的SAR车辆目标方位角估计方法

主导边界是合成孔径雷达（SAR）图像车辆目标方位角估计中最主要的特征。为了充分利用主导边界的特点能够提高方位角估计的效率和准确率,深入分析了主导边界特点,提出目标的三类主导边界的概念,并且提出了一种快速有效地目标方位角估计思路,结合SAR图像在0°或180°附近几类主导边界的规律来解决该角度附近的模糊问题,得到了一种简单高效的方位角估计方法。最后利用MSTAR数据做了仿真验证实验,证明该方法的有效性。     

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。