基于分数低阶矩的干涉阵列米波雷达稳健测高方法

限制米波(VHF)雷达低角测高性能的关键因素是波束宽及复杂多径反射信号.该文提出倒T形干涉式阵列以扩展阵列孔径和增加阵列自由度(DOF),并提出基于分数低阶矩(FLOM)的干涉阵列米波雷达低角稳健测高算法.该算法针对复杂多径信号中非高斯分布的散射分量,从理论上证明分数阶协变矩阵(CM)仍保留阵列流形结构特征,并结合2维空间平滑技术实现分数阶协变矩阵的解相干,再由双尺度酉ESPRIT算法实现稳健低角测高.最后从理论上提出干涉阵列的3区基线设计法.实验结果验证干涉阵列与测高算法的有效性与正确性,说明干涉阵列提高了低角目标分辨性能,也说明了分数低阶矩增强了低角测高算法的稳健性,并验证3区基线设计法的理论正确性.     

复杂多径信号下基于空域变换的米波雷达稳健测高算法

针对米波(VHF)雷达的复杂多径信号中散射分量的非高斯性严重影响测高的稳定性,该文提出了稳健的空域符号变换最大似然测高算法。该算法先对多维阵列快拍矢量进行空域符号变换处理,以抑制散射分量野值点对阵列协方差矩阵及其测高算法的影响,再计算符号协方差矩阵(SCM),然后根据符号协方差矩阵的映射等效性和特征空间不变性,将符号协方差矩阵应用到最大似然(SCM-ML)测高算法中,实现了稳健的米波雷达低角测高。该算法有效抑制了多径信号中散射分量和波束打地形成的强杂波的非高斯性,提高了米波雷达低角测高的稳健性。仿真结果和实测数据验证了算法的稳健性与有效性。     

一种适用于米波雷达低角测高环境的快速算法

本文针对米波雷达低角测高环境的特点,充分利用数据协方差矩阵中的信息,基于空间平滑和传播算子的思想,提出了一种适用于米波雷达低角测高环境的快速算法(SSPM算法,Spatial Smoothing and Propagator Method).该方法不需要去相干处理和复杂的特征分解,可直接应用于存在多径干扰的米波雷达低角测高环境.仿真实验及实测数据处理结果均表明了该方法的有效性.     

基于多径分布源模型的米波雷达测高算法

针对复杂环境下的米波雷达低仰角测高问题,建立多径信号服从高斯分布源的阵列信号模型,提出一种广义约束多重信号分类(MUSIC)算法。该算法将多径信号作为约束,通过限制信号子空间包含多径导向矢量,来提高直达波的估计精确度。算法性能不受信号相干和地面反射系数的影响。与传统的测高算法相比,该方法在复杂反射地形下能有效进行目标高度估计。计算机仿真结果验证了该算法的可行性。     

广义MUSIC算法在米波雷达测高中的应用及其改进

米波雷达波束较宽,多径信号的存在将会给雷达测高带来严重影响,并且多径信号与直达波信号是相干的,这就造成米波雷达测高比较困难。由于广义MUSIC算法为能直接处理相干信号的阵列超分辨算法,因此可以将该算法应用于米波雷达测高当中。该文在广义MUSIC算法的基础上,结合雷达测高的一些特点,提出一种新的算法。新算法不但降低了运算量,而且还具有良好的性能。计算机仿真结果证实了新算法的优越性。     

基于零陷展宽的米波雷达低仰角测高方法

针对米波雷达在复杂阵地环境下低仰角测高服从高斯分布的多径分布源模型,提出一种基于零陷展宽的低仰角测高方法。该方法首先将直达波与多径反射波视为干扰信号并构造干扰导向矢量协方差矩阵,然后再利用投影变换和对角加载技术保留预设干扰区域扩展后的协方差矩阵,最后采用指向偏离搜索仰角的空域滤波器对阵列接收回波数据进行滤波处理,滤波后输出信号功率最小时对应的正角度即为目标仰角的估计值。相较于传统的超分辨算法,本文算法在复杂阵地条件下具有更高的测角和测高性能,并且可适用于低信噪比和少快拍数条件下的低仰角目标角度估计。计算机仿真结果验证了所提算法的有效性。     

阵列米波雷达测高方法及性能分析

米波雷达在反隐身和抗反辐射导弹等方面有着独特的优势,在现代防空体系中,发挥着举足轻重的作用。但多径信号的存在,往往对米波雷达测高带来困难。该文紧密结合阵列米波雷达特点,在阵列多径信号模型基础上,总结和归纳了以传统最大似然(ML)算法为基础的3种米波雷达测高方法:基于时空级联ML算法的测高方法;基于改进的时空级联ML算法的测高方法;基于精确最大似然(RML)算法的测高方法。对这些方法进行了理论性能分析,梳理了3种方法之间的相互关系,并对理论分析结果进行了计算机仿真实验,最后给出一些有意义的结论。     

基于射线追踪的米波雷达低角测高

由于实际地形条件很复杂,难以准确建立雷达信号多径传播模型,从而影响了米波雷达低角测高的性能。文中提出采用射线追踪法来改进雷达反射信号多径模型,使其更接近于电波真实传播路径,以期达到提高超分辨测高算法地形适应性的目的。仿真和不同地形条件下的试验结果表明：基于改进后的多径反射模型的超分辨算法在解决地形适应性问题上卓有成效。     

米波雷达测高多径模型研究

针对米波雷达测高中同源多径的分辨难题,对米波雷达回波信号中直射信号和反射信号进行分析,引入乘积因子的概念,建立了考虑地球曲率时乘积因子与角度(直射角和反射角)的简单函数关系,并据此提出了考虑乘积因子的米波雷达多径阵列信号综合模型.仿真实验及实测数据处理结果均表明了此模型在米波雷达测高应用时的有效性.     

米波雷达最大似然超分辨测高技术研究

米波雷达垂直面波束比较宽,直达波与多径相干叠加导致垂直面波瓣分裂,波束比幅或DBF(数字波束形成)搜索的方法无法进行测高。介绍了最大似然算法原理,分析了米波雷达反射场的几何模型,提出了与阵列几何模型匹配的最大似然阵列超分辨测高方法,给出了算法的具体实现步骤,有效解决了米波雷达低仰角测高问题。针对试验米波雷达系统采集的实际回波,给出了DBF搜索、传统最大似然及该文算法的处理结果,试验结果也表明了该方法的优良测高性能。     

一种基于空域滤波的米波雷达测高新方法

针对米波雷达波束宽、易受阵地反射多径影响的问题,提出一种基于空域滤波的米波雷达低仰角测高新方法。首先该方法形成指向偏离搜索仰角的空域滤波器,并在搜索仰角及对应的多径反射角处形成两个零陷以对消目标直达回波和多径反射回波。然后,对阵列信号进行滤波,通过滤波后信号能量最小值的角度信息估计目标仰角和高度。与传统的高分辨算法相比,该方法对平坦及粗糙反射面均具有适应性,具有低运算复杂度和高测量精度。最后,计算机仿真和实测数据的处理结果验证了该算法可行有效。     

基于矩阵完型的干涉式阵列米波雷达解模糊算法

针对干涉阵列米波雷达方向估计中的模糊问题,该文提出了基于矩阵完型的解模糊算法.该方法将干涉技术中的辅助阵元解模糊方法扩展到干涉阵列中,通过增加适当的辅助阵元,使干涉式阵列成为完型阵列,再依次采用直接增广法、MUSIC算法及关联法实现干涉阵列方向估计的解模糊,从而得到高精度无模糊的方向估计.为了估计相干源的波达方向,该文根据干涉阵列结构的特点及空间平滑算法的原理也提出了干涉阵列的空间平滑算法.仿真结果和实测数据验证了矩阵完型解模糊算法和干涉阵列的空间平滑算法的正确性与有效性,也表明了该文的解模糊方法具有计算量小,实时性高等特点.     

基于反对角单位阵的窄带多径信号接收波束形成算法

针对多径环境下传统Capon 波束形成器性能下降的问题,该文首先分析了期望信号对消的原因:对应期望信号和多径干扰的阵列输出间的相位差始终在 附近变化。然后利用反对角单位阵构造新的阵列接收数据协方差矩阵和导向矢量,并根据最小方差无畸变(MVDR)准则求取最优加权矢量进行阵列输出。该算法无需估计多径和非相关干扰信号的来向,且可以通过调整选取的阵元个数获得更优的阵列输出性能。仿真实验表明该文算法的性能优于传统Capon 和多径信号接收类算法。      

Robust multiple signal classification algorithm based on the myriad covariation matrix

A robust version of the multiple signal classification (MUSIC) bearing estimation algorithm based on robust statistics is developed for a direct sequence-code division multiple access impulsive noise channel. The proposed subspace algorithm is computed by using the antenna array covariance matrix, which is derived from the robust maximum likelihood estimator of location. Each element of the robust covariance matrix is computed as the sample myriad of a window of the received observations. The MUSIC antenna array scheme is jointly used to mitigate the effects of multipath and impulsive noise. Simulation results demonstrate that the proposed scheme significantly outperforms the other linear and nonlinear schemes     

空间色噪声背景下双基地多输入多输出雷达低仰角估计方法

针对多径效应的影响,该文提出一种空间色噪声背景下双基地多输入多输出(MIMO)雷达低仰角估计方法。首先对双基地MIMO雷达中低仰角目标的多径环境进行建模,同时考虑发射和接收端的镜面反射信号,并用空间色噪声模拟漫反射。然后利用协方差矩阵求差方法消除未知色噪声的影响,在发射端和接收端进行空间平滑对多径信号解相干,即进行空间差分平滑处理。最后利用酉变换旋转不变技术(ESPRIT)算法估计目标的发射角(DOD)和接收角(DOA)。该文指出特殊情况下空间差分平滑协方差矩阵缺秩的问题,并提出一种修正的空间差分平滑方法。该算法对阵元数要求不高,适用于未知噪声背景及低信噪比环境,并且解决DOD与DOA联合估计的角度兼并问题。仿真实验表明了所提算法的有效性。     

基于多视角快拍InSAR干涉技术的前视SAR三维成像

该文提出了一种基于多视角快拍InSAR干涉技术的前视SAR 3维成像方法。方位维依靠安置实际线性阵列以实现方位维高分辨,对应雷达发射的一次脉冲实现一次快拍2维高分辨成像;利用多次快拍不同视角获得的干涉相干相位,通过多基线InSAR联合像素处理方法,估计场景的高程信息。该文的3维成像方法对应回波数据录取时间短,数据量和运算量比较小;同时,多基线InSAR联合像素处理方法利用信号空间与噪声空间的正交性,能够有效提高信噪比,保证较高的测高精度。仿真结果验证了该文分析的正确性和算法的有效性。     

Efficient detection with arrays in the presence of angular spreading

The spatial channel in applications such as radar, sonar, and wireless communications is typically characterized by complex signal scattering leading to multiple signal components arriving at the array from a spread of angles. This multipath angle spread is well known to lead to loss of spatial signal coherence, requiring complicated combining schemes to achieve optimal performance, particularly when the signal is partially coherent across the receiving array. We show that the discrete Fourier transform serves as an efficient, robust, and asymptotically optimal spatial combiner for uniform linear arrays (ULAs) in multipath channels. In addition, the proposed spatial processing allows for convenient integration of conventional frequency-domain methods for angle-of-arrival searches. Simulation results show that the proposed combining scheme provides near-optimal performance at significantly less computation, even for arrays of moderate size.     

利用改进的Toeplitz化技术实现米波雷达低仰角测高

由于多径效应的存在,米波雷达低仰角测高时除了收到目标的直达波外,还会收到与直达波相干的地(海)面反射的多径信号。该文提出了两种利用改进的Toeplitz化技术实现米波雷达低仰角测高方法。第1种改进方法不但利用阵列接收数据协方差矩阵的每一行元素构造Toeplitz矩阵,还利用了与其对应每一列元素构造Toeplitz矩阵,然后对这两个矩阵求平均得到一个新的协方差矩阵,这一过程相当于前后向空间平滑的过程,提高了参数估计的精度。第2种改进算法是在第1种算法基础之上,重新构造一个Toeplitz矩阵,使其在信噪比最大约束条件下逼近平滑后协方差矩阵的信号子空间,这样可以最小程度的减小噪声的影响,提高了算法的稳健性。理论分析和计算机仿真都表明了新算法的优越性。     

多径环境下阵列波达方向估计及互耦校正

在阵列信号处理的研究中,多径环境会降低接收机的定位精度,传统的多重信号分类算法的性能会大大降低,空间平滑算法能有效地进行解相干。当阵列天线存在互耦效应时,传统的空间平滑算法的测向性能会大大下降。针对多径环境下的均匀线阵,利用互耦矩阵的复对称带状的结构特点,结合空间平滑算法,提出了一种可以进行互耦校正的波达方向估计算法。该算法通过求解线性约束下的二次规划问题,利用谱峰搜索得到入射信号的DOA。数值仿真结果验证了该算法的有效性。