基于稀疏表示的频控阵MIMO雷达多目标定位

针对频控阵多输入多输出（MIMO）雷达,提出了一种基于压缩感知稀疏表示思想的目标定位算法。首先回顾了 MIMO 雷达和频控阵的特点,进而研究了频控阵 MIMO 雷达的性质,它不但可以具有MIMO 雷达的优点,而且能够感知目标的距离维信息,同时针对频控阵 MIMO 雷达接收数据模型进行数学建模,并把目标定位问题表示成稀疏表示框架下的代价函数。最后利用凸优化工具对代价函数进行优化求解,由所得稀疏权向量中的非零元素索引映射出目标的方位和距离信息。与现有的经典 MUSIC 算法相比,具有更好的定位性能,计算机仿真结果证明了所提算法的有效性。     

频控阵MIMO雷达的目标数与方位参数联合估计方法

针对频控阵MIMO雷达定位多个目标时,需要目标数先验信息,且多维参数估计计算量大的问题,提出了一种联合估计方法。该方法利用频控阵MIMO的角度与距离依赖性,将目标数与方位参数估计转化为空间谱上的多峰优化问题;设计了一种基于密度的多峰差分进化算法对其进行求解,降低了计算量且不需要单独的目标数估计算法。仿真结果表明,所提方法的目标数和方位参数估计性能均优于已有方法,突破了已有方位参数估计方法的应用局限,可以无量化误差地得到最优方位估计结果。     

频控阵雷达：概念、原理与应用

频控阵雷达是近年来提出的一种新体制阵列雷达技术,它能够形成具有距离依赖性的发射波束,克服了传统相控阵雷达不能有效控制发射波束的距离指向问题,并具有很多独特的应用优势。该文系统地介绍频控阵雷达的概念、原理和应用特点,全面梳理国内外关于频控阵雷达技术的研究文献,系统性地总结归纳频控阵概念、基本原理及其雷达应用特点等几个方面的研究现状,并分析频控阵雷达未来的应用前景和亟待解决的关键技术问题。     

频控阵雷达技术及其应用研究进展

与传统的相控阵只形成方位角依赖性的发射波束不同,频控阵通过在阵元间采用一个小频差来实现波束的自动扫描功能。频控阵能够形成具有距离依赖性和时变性的发射波束,克服了传统相控阵阵列因子不包含距离和时间变量的缺点,因而带来很多独特的应用优势。该文在作者的“频控阵雷达:概念、原理与应用”(《电子与信息学报》,2016, 38(4): 1000–1011)基础上,简要介绍频控阵雷达的基本原理,全面梳理近3年来国内外关于频控阵雷达技术及其应用方面的最新研究进展,讨论几种新的频控阵雷达技术应用前景,主要包括雷达对抗和雷达-通信一体化应用,并指出目前亟待研究解决的波束时变性、有效接收机设计、自适应信号检测与估计和原理样机研制等几个关键问题。      

基于图信号处理的频控阵雷达目标定位方法

针对现代雷达应用对目标高精度测角和测距的需求,该文将图信号处理(GSP)应用于频控阵(FDA)雷达目标定位中,提出一种基于图信号处理的频控阵雷达目标定位新方法。首先,基于频控阵雷达几何模型及回波数据间的信号关联性构建回波数据的图信号模型,进而利用图傅里叶变换对上述图信号作图谱分解,构建2维谱峰搜索优化函数,最终有效获得目标的方位角-距离联合估计。仿真实验结果表明,该算法能够正确估计出目标的方位角和距离信息;在相同仿真条件下,算法的估计精度优于同类算法且提升了对弱目标的定位性能。     

多频连续波雷达与角度-距离联合估计方法

频控阵（frequency diverse array）雷达存在角度和距离定位模糊的问题,基于频控阵与早期的多频连续波（multi-frequency continuous wave）雷达相同的测距原理,提出了改进的多频连续波雷达模型,通过采用相控阵接收的方式,克服了传统频控阵角度和距离定位模糊的问题.根据收发阵元数的不同,推导了四种配置下的信号模型,分析了多频连续波雷达相比传统频控阵可解耦角度与距离定位模糊的原因.新的多频连续波雷达实现定位的本质为三维多频估计问题,为此提出了一种基于迭代插值傅里叶系数（iterative interpolation Fourier coefficients））的角度-距离联合估计方法,理论分析了算法的性能.仿真结果验证了所提方案与算法的有效性.     

杂波背景下基于交替方向乘子法的低截获频控阵MIMO雷达收发联合优化方法

针对相控阵雷达无法有效实现特定区域能量控制的问题,该文提出一种杂波环境下基于交替方向乘子法(ADMM)的频控阵MIMO(FDA-MIMO)雷达低截获(LPI)优化设计方法.该方法的优化准则是在保证目标参数估计性能的条件下,通过联合设计发射波束和接收滤波器使FDA-MIMO雷达在目标2维(距离-方位)区域上辐射的能量尽量小,即尽可能地降低雷达被截获的概率;接着利用加权求和的方法将优化准则构造成多比例分式规划(FP)和的问题;然后利用循环迭代的方法,将优化问题转化成两个子优化问题;最后基于ADMM方法消除等式约束,并通过最小化2阶2次近似优化问题获得发射波束的闭合解.此外,也分析了该方法的计算复杂度.仿真部分通过输出信干燥比(SINR)、发射和接收方向图验证了该方法的有效性.     

杂波背景下基于交替方向乘子法的低截获频控阵MIMO雷达收发联合优化方法

针对相控阵雷达无法有效实现特定区域能量控制的问题,该文提出一种杂波环境下基于交替方向乘子法(ADMM)的频控阵MIMO(FDA-MIMO)雷达低截获(LPI)优化设计方法。该方法的优化准则是在保证目标参数估计性能的条件下,通过联合设计发射波束和接收滤波器使FDA-MIMO雷达在目标2维(距离-方位)区域上辐射的能量尽量...     

频控阵雷达技术研究进展综述

由于频控阵雷达具有距离依赖性和时变性的阵列因子,能够克服传统相控阵雷达阵列因子缺失距离变量和多输入-多输出雷达发射阵列增益损失的缺点,但是,频控阵雷达在系统理论、信号处理和应用实现等方面仍存在诸多待解决的研究问题。该文分析了频控阵雷达技术的概念、内涵与外延,梳理了近五年来国内外关于频控阵雷达技术及其应用方面的最新研究进展,论述了频控阵雷达干扰与抗主瓣干扰、模糊杂波抑制与盲速目标检测以及定位欺骗方面的应用优势,并讨论了频控阵雷达技术的未来融合化发展趋势。      

阵元失效下基于矩阵重构的MIMO雷达DOA估计

针对阵元失效下MIMO雷达目标DOA估计性能下降问题,提出一种基于虚拟阵列采样数据矩阵重构的MIMO雷达DOA估计方法。MIMO雷达的阵元失效分为冗余虚拟阵元失效和非冗余虚拟阵元失效两种情况。当冗余虚拟阵元失效时,通过合并空间上位置相同的正常冗余虚拟阵元输出数据以实现信号降维与失效阵元数据填充。当非冗余虚拟阵元失效时,经降维填充后的数据矩阵中仍存在整行缺失数据,根据降维数据矩阵的低秩和稀疏先验,建立带低秩和稀疏约束的矩阵填充模型,并利用ALM-ADMM算法求解来恢复完整的降维数据矩阵。最后利用root-MUSIC算法估计目标DOA。仿真结果表明,本文方法能够有效提高MIMO雷达在阵元失效时的DOA估计精度。     

共形FDA-MIMO雷达降维目标参数估计研究

频控阵多输入多输出(FDA-MIMO)雷达是一种具有距离-角度-时间依赖性波束模式且能够提高自由度的系统。该文将可实现降低空气动力学对载体影响、附着在载体表面的共形阵列引入到FDA-MIMO雷达中。首先创建共形FDA-MIMO测量模型,推导参数估计的克拉默-拉奥下界(CRLB)。为了避免传统三维多重信号分类算法(3D-MUSIC)三维搜索,提出一种降维多信号分类(RD-MUSIC)算法实现目标参数估计。仿真结果表明,该算法与3D-MUSIC算法相比,估计精度有所下降,但计算复杂度显著降低。此外,与3D-MUSIC算法相比,该算法具有更好的多目标距离估计性能。      

基于稀疏重建的穿墙雷达墙体参数估计方法

未知墙体参数的估计对穿墙雷达(TWR)的应用具有重要意义。时延估计(TDOE)方法能够有效获取被测均匀墙体参数。对于TDOE 方法,墙面反射回波时延估计的精度直接影响墙体参数估计的准确性。文中基于墙体回波的稀疏性提出了一种基于稀疏重建的墙体参数估计方法,通过利用正交匹配追踪(OMP)稀疏重建算法对每个双基地天线间隔下墙体回波信号进行时延估计,然后基于双基地和单基地混合测量模式采用TDOE 方法可以获得墙体的相对介电常数、厚度和电导率。仿真和实验结果表明所提出的估计方法能够提供更高精度的墙体参数估计。     

基于稀疏协方差矩阵迭代的单快拍气流速度估计算法

该文研究基于声传感器阵列的单快拍气流速度估计问题。首先,根据声波在亚音速和超音速气流中的传播特性,针对特定的测量装置,建立了声传感器线性阵列的输出模型。在此基础上,提出一种稀疏协方差矩阵迭代的单快拍(Sparse Covariance Matrix Iteration with a Single Snapshot, SCMISS)气流速度估计算法,与其他稀疏估计方法相比,该文提出的SCMISS算法无需正则化参数选择,计算量更低,具有更强的实时性,且只需单快拍采样数据就可对亚音速和超音速气流速度进行统一估计。最后,为了评价所提算法的估计性能,推导了气流速度估计的克拉美-罗界(Cramr-Rao Bound, CRB)表达式。仿真实验验证了该算法的有效性。     

一种主瓣干扰环境下的雷达目标参数"同维"稀疏估计方法

主瓣干扰对抗一直以来是雷达领域的难题之一，给雷达的探测、跟踪和识别带来了严重威胁.对此，本文提出了一种主瓣干扰环境下的雷达目标参数"同维"稀疏估计方法，可有效抑制主瓣干扰并估计目标距离、角度参数.所提方法首先对接收信号进行阻塞矩阵预处理，可在抑制主瓣干扰的同时保持目标回波在各阵元之间的相位关系，即保留了目标的角度信息；然后对预处理后的数据进行空域波束合成并脉压，可估计目标的距离参数信息；最后，根据得到的目标距离估计，截取预处理数据中目标附近的数据，并对其进行稀疏恢复估计目标角度参数.所提方法即可应用于面阵，也可应用于线阵，其优势在于可以在空域任何一维上抑制主瓣干扰，并同时估计目标在空域两维上的角度.尤其是当目标与干扰的某一维空域角度相同时，所提方法仍然可以同时估计目标的方位、俯仰角.     

基于DML-ESPRIT算法的多维参数快速联合估计

将确定性最大似然估计准则的多维参数估计能力与ESPRIT算法的高时效性有机结合,提出了一种二维DOA-功率-频率快速联合估计方法--DML-ESPRIT算法。利用双L阵列的空间特性,通过引入空间锥角,将多维空间搜索问题转换为一维角度估计,并基于确定性最大似然估计准则推导得到了多信源的空间锥角、功率和频率联合估计的数学模型;然后在对子阵进行扩展的基础上,利用TLS-ESPRIT算法对模型进行求解,避免了谱峰搜索问题,实现了多维参数的快速联合估计。实验结果表明,DML-ESPRIT算法在保持高估计精度的同时运行耗时约35 ms,具有较好的工程应用前景。     

基于信号稀疏表示的Chirp信号参数估计方法

单自由度多分量线性调频信号的参数估计是SAR/ISAR成像中的重要问题。文中在一组含参数的过完备基上展开信号,提出了一种基于信号稀疏表示估计单自由度多分量线性调频信号参数的新方法。并将该方法应用于目前流行的BP算法、FOCUSS算法和稀疏贝叶斯学习算法中,分析比较了以上算法的估计性能。仿真实验结果验证了该方法的有效性,并表明稀疏贝叶斯学习算法具有更好的稀疏表示能力,从而可以更有效地估计信号参数。     

基于DPT-CZT处理的LFMCW雷达参数估计

提出了一种基于DPT-CZT处理的速度-加速度联合估计方法。根据差拍信号相位在快、慢时间轴上的二维联合特性,沿其慢时间维进行DPT处理,可以消除快、慢时间线性耦合项,同时实现了慢时间维相位的降阶处理,从而可以获得目标速度-加速度的联合估计。为确保速度估计的无模糊性,采用CZT变换对目标可能存在的频段进行密集采样以提高频率测量的精度。给出了速度-加速度联合估计的具体实现步骤以及CZT处理中参数的确定。基于速度、加速度估计值对差拍信号进行补偿,从而可以对速度估计进行进一步修正并获取目标距离的估计。仿真结果验证了方法的有效性。     

基于稀疏成份分析的几何绕射模型参数估计

雷达目标散射中心的参数估计对目标特性分析和目标识别有重要意义。该文以几何绕射模型为基础,综合利用多频段的频域测量数据,给出了散射中心位置、幅度和散射类型参数的融合估计方法。数值仿真结果表明,该方法能有效地挖掘模型信息,具有超分辨能力,给超宽带雷达信号处理提供了新的途径。     

基于超分辨雷达的目标参量估计研究

讨论了在车载雷达对目标自动识别的要求下,阵列信号的谱估计问题,将修正MU-SIC(MMUSIC,Modified Multiple signal classification)算法推广到时-空二维谱估计中,解决了相干信号的频率一方位超分辨估计问题,仿真结果表明了这种方法在系统实现中的可行性和有效性.     

基于稀疏时频分布的跳频信号参数估计

基于常规时频分析方法的跳频信号参数估计中,采用核函数抑制时频分布交叉项会导致时频聚集性的下降,不利于信号参数提取。针对此问题,该文提出一种基于稀疏时频分布(STFD)的跳频信号处理方法。该方法首先根据Cohen类分布的原理和跳频信号模糊函数的特点,以模糊域矩形窗为核函数,构建了一种Cohen类的矩形核分布(RKD)。RKD可有效抑制交叉项,但其时频分辨率较低。为提高RKD的时频性能,在压缩感知框架下,利用跳频信号时频分布的稀疏特性,对RKD附加稀疏性约束,建立稀疏时频分布(STFD)的优化求解模型。STFD不仅能有效抑制交叉项,而且具有良好的时频聚集性。仿真分析表明,与传统时频分析方法相比,该文提出的基于STFD的跳频信号参数估计方法性能更优。