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。     

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。     

基于块正交匹配追踪预处理的米波多输入多输出雷达测高方法研究

米波雷达具有很好的反隐身性能。多输入多输出(MIMO)雷达的波形分集具有高自由度特点,使MIMO雷达在检测和参数估计等方面具有更多优势,故米波MIMO雷达受到广泛研究。而测高是米波MIMO雷达最重要的问题之一。针对米波MIMO雷达测高问题,最大似然和广义多重信号分类方法是米波MIMO阵列雷达测高方法行之有效的算法,但其计算量大,工程中难以接受。该文提出一种基于块正交匹配追踪(BOMP)预处理的方法来降低计算量。首先对MIMO阵列接收数据稀疏化处理,然后通过数学操作将其变形至适合于BOMP算法的信号模型,然后利用粗栅格得到角度粗估计。并以此为初始值中心,取MIMO雷达波束宽度作为搜索范围。仿真结果表明该算法能有效降低搜索类测高算法的计算量。      

平面阵列米波雷达超分辨测高技术研究

针对形状不规则的平面阵列米波雷达由于各行天线阵元数不同引起较大的测高误差,提出一种增加导向矢量系数的改进最大似然超分辨测高方法,进而推广到所有的平面阵列米波雷达。该方法首先对各行天线接收的目标回波信号进行行合成,然后基于各行不同的天线阵元数来构造各行天线的幅度归一化导向矢量系数,并重新构建阵列导向矢量,最后使用最大似然超分辨算法进行测高处理。并通过计算机仿真验证了该方法的有效性。     

超分辨算法在米波雷达测高中的应用

简要介绍了超分辨算法实现测高的基本原理,以及采用超分辨算法开展的米波雷达测高试验情况,给出了若干淡水反射面条件下的外场试验数据。试验统计结果表明：在满足一定信噪比的条件下,采用空间平滑＋最大似然超分辨处理法可有效提高米波雷达在低仰角的测高精度。     

超分辨测高的试验研究

多径信号的存在,使得米波雷达在低仰角的测高成为难题。随着空间谱估计技术的发展,人们尝试采用阵列超分辨方法实现米波雷达的仰角维方向估计。简要介绍了常规测高法的局限性和角度超分辨实现测高的基本原理,以及在米波雷达中开展的测高试验情况,给出了若干淡水反射面条件下的外场试验数据。对多批目标的试验统计结果表明:在快拍数只有一个、单个阵元平均信噪比达到8dB以上时,采用空间平滑+最大似然超分辨处理法即可有效分离相干信号源、减小米波雷达在低仰角的测高误差。     

米波雷达低仰角测高方法研究

针对米波雷达低仰角测高问题,提出米波雷达低仰角测高解决方案和基于遗传交替投影算法的最大似然超分辨方法.仿真结果表明该方法的有效性和可行性.     

基于稀疏阵列的米波TR MIMO雷达低空目标测高方法

基于时间反转（Time Reversal, TR）技术的米波多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）雷达能够有效利用反射波能量,较大地提升信噪比,但由于多径效应的存在,其采用均匀线阵信号模型时仍面临超低空目标测高精度下降以及测高误差随俯仰角变化起伏剧烈的问题。本文以降低多径效应的影响为目的,从阵列结构和算法实现两个方面出发,将稀疏阵列应用于米波TR MIMO雷达的低空目标测高。首先,本文建立了基于稀疏阵列的单基地米波TR MIMO雷达镜面反射信号模型,然后结合广义多重信号分类算法和最大似然算法,提出了适用于该模型的低空目标测高方法。最后,仿真实验表明,本文所提出的基于稀疏阵列的米波TR MIMO雷达低空目标测高方法具有更显著的结构优越性和更优的低空目标测高性能。     

阵列内插的波束域ML米波雷达测高方法

针对多径环境下低仰角目标角度估计的最大似然(ML)算法运算量大的问题,提出了一种能有效降低运算复杂度的米波雷达测高方法一基于阵列内插的波束域ML算法.首先对大间距的均匀线阵进行等间隔内插,对波束域变换存在的角度模糊问题实现了解模糊;通过无模糊的波束域变换将阵元接收的数据合成为少数几个波束域的数据;利用波束域的ML算法估计目标的仰角并计算其高度.该算法在获得与传统的ML算法相当的测角和测高精度的同时,运算量仅为传统ML的25%.计算机仿真和某米波雷达实测数据的处理结果验证了该算法的有效性和可行性.     

波束域最大似然测高方法

针对雷达在低仰角搜索和跟踪目标时波束打地、受阵地反射多径影响严重的问题,提出了波束域最大似然雷达低仰角测高方法。该方法首先形成俯仰多波束覆盖目标,然后使用最大似然算法对多波束的目标数据进行处理,通过空间谱能量最大化的角度信息估计目标仰角和高度。与传统的和差波束及多波束比幅测角方法相比,该方法受多径影响小,具有较高的角度分辨率和高测量精度。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。     

高山阵地米波雷达测高方法研究

合成导向矢量最大似然算法对平坦阵地的米波雷达测高具有较高的精度,但在高山阵地下,会出现仰角空间谱模糊的现象,测高精度较低.鉴于此,本文提出了一种基于合成导向矢量最大似然算法的雷达变频测高方法,依据不同频点空间谱模糊的周期不同的特点,通过变频计算得到真实的目标仰角,仿真数据验证了该方法的有效性.     

高机动三坐标雷达比幅测高误差分析及修正

讨论了比幅测高的基本原理,分析了影响比幅测高精度的各种因素。定量计算了由这些因素引起的误差量。并提出了一种简单易行的修正方法,即根据一次雷达的测高值和二次雷达的测高值计算出天线波束指向的调整量,对天线阵面波束指向进行微调,从而提高了测高精度。由于对天线波束指向的调整在很小的范围内,故对天线的副瓣及波瓣宽度指标的影响可忽略,从而不会影响到雷达系统的其他性能。     

基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)能够突破天线孔径对分辨率的限制,因而得到了广泛应用. 本文提出了一种基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像方法,通过设计合适的成像几何构型,利用涡旋电磁波的相位特性实现对高度维的分辨,并推导得到高度维分辨率与模式数及雷达参数之间的关系. 考虑到回波信号中引入的涡旋相位项,对后向投影算法进行改进,实现对观测区域的三维成像,并引入稀疏重构算法减少对模式数的需求. 仿真结果表明,利用多模式聚合型涡旋电磁波束能够对分布在不同高度的目标进行准确重构,利用稀疏重构算法能够用少数模式实现高分辨三维成像. 本文提出的方法为新体制雷达成像研究提供了一定的参考.     

2D组网雷达目标高度的最大似然估计

给出2D多雷达组网中基于最大似然估计目标高度的方法,以及有先验信息约束条件下的目标高度估计误差的下界(CRLB)。对两种典型的空地雷达配置情况进行了仿真。讨论了不同空地雷达组网配置的情况、雷达和目标的相对位置、雷达距离和角度测量精度对高度估计精度的影响。文中的结论对空地一体化组网雷达的配置和管理具有一定参考价值。     

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。     

A multifrequency adaptive radar for detection and identification of objects: Results on preliminary experiments on aircraft against a sea-clutter background

An experimental model of a simple multifrequency continuous wave (CW) radar system has been developed. Preliminary experiments have been performed in order to illustrate the potential of this radar concept in regard to detection, course ranging, and also identification of low flying aircraft against a sea-clutter background. The radar can be organized so as to measure ocean wave height, wave direction, and wave velocity simultaneously for 15 different ocean wavelengths ranging from 150 m to approximately 6 m. An example of such a directional wave intensity spectrum is given. To illustrate the ranging and the identification potential of the technique in regard to airplanes, two different airplane categories, namely a propeller aircraft (Cessna 172) and a rigid jet aircraft (F-16), were flown through the radar beam. The signatures of these two airplanes are show in two signature domains: spatial distribution of scattering centers and motion pattern. The experimental results confirm theories presented in earlier contributions. It remains to introduce two more domains, namely the space/time coherence properties of the target and its polarization characteristics.     

基于RELAX预处理的米波雷达低角测高

米波雷达低角测高受到地面或海面多径反射的影响,测量精度很低。由于目标镜向反射波与直达波的多普勒频差很小,而其他非镜像多径反射波与直达波频差较大,因此可以利用RELAX算法逐一剔除多径反射波,而保留了对测高有利的镜像反射波。文中提出了基于RELAX算法消除多径反射波的匹配阵波束形成米波雷达测高新方法。对实测数据的测高结果表明,该方法的测量误差低于5%。