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。     

分布式孔径相参雷达预警探测技术

分布式孔径相参雷达是指空间分置的多部雷达在统一的控制和调度下,实现对目标信号级相参探测,具有探测威力大、测量精度高等优势,可应用于防空反导、预警探测、精密跟踪和空间目标监视等领域。本文针对分布式孔径雷达相参探测在预警领域的应用开展技术研究,首先分别给出了一发多收和多发多收相参合成预警探测工作原理;然后从探测威力和检测概率两方面对相参合成预警探测性能进行了分析,结果表明,相参合成对探测威力和检测概率改善效果明显;在此基础上,构建了低频段一发两收相参合成预警探测试验系统,通过对飞机目标相参探测试验验证了分布式孔径雷达相参合成预警探测的性能优势。      

动平台分布式相参雷达系统分析

分布式相参雷达通过相参处理,可提升N3倍回波信噪比,从而可大幅度提高目标探测性能,因此分布式相参雷达具有重要的价值。对于地基分布式相参雷达,目前已经进行了大量的研究。本论文将分布式相参雷达系统扩展到运动平台,分析了运动平台下分布式相参雷达所面临的非均匀杂波背景下目标检测以及时/空/频(相)同步等挑战,并对相关问题进行了建模分析,最后对动平台分布式相参雷达系统进行了硬件搭建并对动平台雷达系统性能进行了初步的实验测试。      

地基分布式相参雷达技术研究综述

地基分布式雷达是由多部单元雷达分置部署、协同工作实现目标探测的雷达系统,部署在地基平台,照射源除自身还可用合作、非合作跨平台照射源,各单元雷达间可信号级相参融合。传统集中式雷达在复杂场景中难以探测识别低可观测目标,分布式雷达有望解决上述瓶颈问题,并实现侦干探通一体化,因此分布式相参雷达体制是未来雷达形态发展的重要方向之一。分布式雷达体系复杂,涉及维度、要素多,须研究探索合理有效的工作范式。本文系统介绍了地基分布式相参雷达发展的新趋势和新技术,通过信号级融合处理,可形成大口径稀疏阵列,获得极窄的高增益波束,可采用更多更先进的信号处理算法探测和精确定位目标。本文介绍该领域最新的研究进展和代表性成果,围绕分布式相参增程探测、分布式相参成像、分布式相参抗干扰、分布式系统同步校准等四个方面的关键问题和技术难点展开论述,并对分布式雷达体制的前景进行了展望。      

微波光子雷达组网技术

雷达组网是目前雷达领域的研究热点之一。通过对空间区域进行多角度、多频段、多域协同探测,雷达组网能够获取目标的多维度信息,并利用数据的融合处理进一步地提升系统的目标探测与识别性能。随着系统对信号质量、信息传输链路带宽以及系统同步精度等需求的日益增长,基于微波光子技术实现信号产生、传输和处理的雷达组网正逐渐获得研究者的关注。本文分析了微波光子雷达组网关键技术的工作原理,介绍了近年来国内外微波光子雷达组网的发展现状,并探讨了其未来的演进方向。     

动平台分布式相参雷达自校准性能分析

动平台分布式相参雷达可在保证雷达系统机动性、扩展性和低成本的同时获得高精度的目标估计性能.针对动平台分布式相参雷达存在的位置偏差和速度偏差,利用混合克拉美罗界(hybrid Cramer-Rao Bound,HCRB)工具对误差存在情况下的目标参数和雷达节点系统误差联合估计性能界进行建模和求解.对HCRB的紧致性进行分...     

分布式相参雷达两种相参参数估计算法的性能比较

针对分布式相参雷达信号级融合的可行性问题,介绍相参融合原理,并以两节点分布式相参雷达为模型,仿真分析时延差与相位差的估计误差对SNR合成增益的影响,得到了相参性能良好条件下的参数估计精度要求。以此为依据,研究基于正交四相编码信号和OFDM-LFM信号的多种相参参数估计算法,仿真结果表明,在低目标回波信噪比下,峰值提取法优于互相关处理算法,多脉冲积累算法优于同算法下一维参数提取法,且各算法均受系统采样频率(时间测量精度)的影响,从而为多雷达间协同探测的模式选择提供了有利参考。     

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.     

新体制雷达—分布式孔径相参合成雷达

本文对新体制雷达——分布式孔径相参合成雷达的基本概念、优越性、设计思想、工作过程和关键技术作了简要介绍,以期对深入了解该新体制雷达有所帮助。     

分布式全相参雷达相干参数估计性能

针对部分收发共置的分布式全相参雷达,该文首先建立了全发任意收的混合结构,然后在发射多脉冲条件下推导了相干参数估计的克拉美-罗界(CRB)闭式解,研究了相干参数估计性能与收发天线数及脉冲数之间关系。结论表明：共置天线较分置天线能够获得更低的相干参数估计CRB,增加收发天线数或脉冲数,能够降低相干参数估计CRB。最后的仿真实验验证了研究结论的正确性。     

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。     

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。     

一种微波光子雷达ISAR成像新方法

微波光子雷达发射信号带宽大、波长短,能够实现分辨率更高的逆合成孔径雷达(ISAR)成像。但带宽大、波长小的回波信号也导致传统成像算法对目标转动分量的近似不成立,使得传统算法无法应用。在微波光子雷达成像中,目标转动分量在回波包络中形成空变的距离弯曲项,在方位相位中形成空变的2次相位误差,导致ISAR图像散焦。该文针对微波光子雷达系统提出一种新的ISAR成像算法,该算法同时考虑了目标转动分量对回波包络和相位的影响,以包络相关值为目标函数值迭代估计目标转速,根据转速估计值,在距离向进行重采样对齐包络,在方位向构造空变的方位补偿函数校正转动相位。仿真和实测数据的处理结果证明了该算法的有效性。     

微波光子相控阵的技术分析与展望

该文探讨了相控阵雷达的发展需求,提出了基于微波光子技术的新型相控阵的架构形式和技术路线。针对其工程实现,凝练了当前所面临的主要科学问题和重大技术挑战,并对未来的研究工作和该领域的发展进行了展望。      

空载合成孔径雷达技术及展望

空载合成孔径雷达（ＳＡＲ）是一种现代高分辨率侧视成象雷达，它应用合成孔径技术、脉冲压缩技术和数字信息处理技术，获得方位向和距离向的高分辨率。本文将对空载ＳＡＲ的现状及发展趋势进行综述，并主要讨论ＳＡＲ的有关技术，涉及星载ＳＡＲ工作模式和体制，雷达数字图象的信息获取与成象处理等，最后，给出了ＳＥＡＳＡＴ－Ａ卫星ＳＡＲ数字成象结果。     

基于微波光子的光学波束合成理论与仿真

光学波束合成技术是利用光信号作为载波携带射频信息而实现的一种新型的宽带射频波束合成技术,即用光信号来传输以及分配射频信号,实现射频信号的光波控制.文章介绍了基于微波光子的光学波束合成原理,重点介绍了光非相干和光相干波束合成架构,通过详细的理论公式推导以及软件仿真,表明上述两种光学波束合成架构可对多天线接收信号实现信号合成.针对目前大阵列天线单元系统对光学波束合成技术的迫切需求,利用光相干和非相干波束合成的各自优势,提出了一种适用于千量级天线阵列规模的光学波束合成架构,为光学波束合成技术在相控阵雷达、电子对抗等领域的应用提供解决方案.     

基于微波光子学的超分辨双波段雷达

本文提出并验证了一种基于微波光子学的双波段雷达,并通过相参信号融合处理实现了超分辨一维距离像。相比于传统雷达,该微波光子雷达不仅可以同时产生和处理宽带的双波段信号,而且系统结构非常紧凑。同时,由于双波段信号共用了一套收发机,各波段信号的相位保持着很好的稳定性,因此通过对这两波段的信号进行相参融合处理得以实现超分辨成像。在实验中,雷达工作于S波段和X波段,两波段的带宽分别为1.5GHz和3GHz。对两金属板进行探测,通过对双波段的信号进行融合处理,该雷达的分辨率可高达1.6cm,远高于工作于单频段模式的雷达。该技术将大大提高目标识别和分辨的准确性。