米波雷达低仰角DOA估计及阵列通道误差校正

现有的阵列校正算法几乎都没有考虑存在多径效应时的情况,对此提出了一种米波雷达低仰角环境下波达方向估计和阵列通道误差校正的新算法.先对各子阵接收信号做预处理,使通道误差对每个子阵的影响一致,这样阵列旋转因子就与通道误差无关.再对各子阵接收数据进行线性变换和差分处理,利用阵列旋转不变性,实现波达方向估计.最后利用精确求得的波达方向值进行阵列通道误差的校正,算法避免了以往自校正算法联合波达方向和误差矩阵进行最大似然多维寻优的缺点,不但运算量小,还可以有效地克服多径效应.理论分析和计算机仿真都表明了新算法的优越性.     

基于交替投影的DOA估计方法及其在米波雷达中的应用

由于低仰角目标回波中存在多径信号,使得米波雷达难以对低仰角目标进行高度测量,为此该文提出一种适用于多径信号情况下的波达方向估计的迭代方法。该方法将回波信号的相关矩阵,在各个信号子空间中交替投影,该方法可以同时对直达波和反射波进行精确的波达方向估计,并可以有效地对米波雷达中的低仰角低空目标进行高度测量。计算机仿真和某米波雷达实测数据的处理结果证实了该方法的有效性。Monte-Carlo试验结果表明在低仰角低空测高时,该方法具有比时空级联最大似然方法更好的性能。     

米波雷达低仰角目标多径模型及其反演方法研究

现有的低仰角测高方法多采用镜面反射模型,将直达波与多径简化为两远场点源;然而实际中不规则反射面使多径回波波前畸变,远场点源模型难以完全描述多径信号。针对此模型失配问题,该文重点研究低仰角目标多径模型,首先分析经典多径模型,对反射系数和反射面高度进行参数反演;然后提出一种扰动多径模型,将反射面对多径回波的影响建模为扰动反射系数,并利用最大似然算法反演扰动反射系数。计算机仿真结果验证了参数反演方法的有效性;实测数据验证了复杂情形下所建模型的合理性和反演方法的有效性,提高了低仰角测高算法在实际阵地的适用性。     

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.     

基于差分预处理的米波雷达低仰角处理算法

由于多径信号的存在,使得米波雷达难以对低仰角目标进行高度测量,为此该文提出一种适用于多径情况下的波达方向估计方法。该方法通过差分处理,补偿了多径信号回波延迟的相位,使得接收回波中仅包含直达波信号,对差分后数据进行常规数字波束形成即可得到目标俯仰角。Monte-Carlo试验结果表明在进行低仰角测高过程中,该方法性能优于空间平滑和线性预测等方法。某米波雷达的实测数据验证了该方法的可行性与有效性。     

互耦条件下米波雷达角度估计的自校正算法

针对互耦条件下米波雷达目标低角估计问题,提出了一种波达方向估计的自校正算法。分析了米波雷达在互耦条件下目标回波存在多径时的信号形式;利用均匀线阵互耦矩阵的特点对接收数据协方差矩阵的信号参数形式进行变换;在未知互耦校正信息的情况下,基于子空间原理得到目标波达方向的角度搜索函数,还推导出表面反射系数和阵列互耦矩阵的计算表达式。与同类校正算法相比,该算法在存在多径相干信号和未知互耦矩阵的情况下,不损失阵列孔径,不需要辅助阵元和校准源,且不需要迭代运算。仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于波瓣分裂的米波雷达低仰角测高方法及其应用

针对米波雷达的波束较宽、由于地面反射引起波瓣分裂,通常只能估高而不能测高这一难题,提出一种基于分裂波瓣的米波雷达低仰角测高方法——比相比幅法.该方法采用多个不同高度的测高天线,由于不同高度天线的分裂波瓣有一定的相位关系,利用该相位关系确定目标所在仰角区间;利用不同天线接收信号幅度进行比幅处理提取归一化误差信号;再查表得到目标的高度.分析地面起伏对测高精度的影响;推导不同阵地情况下的比幅误差曲线.将该方法应用于某型雷达,在我国首次成功地进行了米波雷达测高.试验结果表明该方法是行之有效的.     

基于多帧相位增强的米波雷达低仰角目标DOA估计方法

针对米波雷达低仰角目标的DOA估计问题,该文提出一种新的基于多帧相位特征增强方法,所提方法可以有效解决低仰角条件下阵列接收信号中直达信号相位特征模糊问题,进而提高DOA估计精度。通过学习多帧原始数据的相位分布特征与理想环境下直达波信号的相位分布特征之间的复杂映射关系,有效削弱多径信号引起的相位误差,将增强后的相位信息与原始的幅度信息进行数据重组,并利用已有的超分辨算法进行DOA估计。通过计算机仿真实验和实测数据验证,该文所提方法在DOA估计性能以及泛化能力上优于基于物理驱动的MUSIC算法以及数据驱动的基于特征反演和基于支持向量回归的两种估计方法。

     

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。     

基于加权直接数据域处理的米波雷达低空目标测高算法

首先分析了米波雷达的信号传播环境和回波数据模型。接着,提出了基于WD^3（加权直接数据域）处理的测角算法。同传统的极大似然和子空间类算法相比,本文的算法充分利用了次要数据进行预白化处理,提高了色噪声环境下参数估计的精度和算法的稳健性,另外,该算法只涉及实矩阵计算,很大程度地降低了计算复杂度。计算机仿真表明,本文的方法用于米波雷达测高时有较好的估计性能,计算量较低,特别是在低纬度目标和低信噪比情况下也适用。     

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。     

DBF技术在扩大米波雷达测高范围中的应用

针对基于波瓣分裂的米波雷达测高方法只能在低仰角范围内(1°~11°)测高的问题,提出一种将数字波束形成(DBF,Digital Beam Forming)技术与波瓣分裂相结合的米波雷达测高方法,以扩大仰角测量范围(1°~25°)。该方法采用5个不同高度的天线接收回波信号,利用DBF技术,判断出目标的仰角范围,再利用“比幅-比相”的方法进行测高。计算机仿真结果表明:该方法对仰角在25°以下的目标能有效地测量高度。     

三子孔径算法在米波雷达仰角测量中的应用

为了解决米波雷达仰角估计中的地(海)面多径反射问题,阵列超分辨算法得到了广泛重视,特别是MLE(最大似然估计)算法能够很好地解决多径相干源的测角(波达方向估计)问题。三子孔径算法(3SA)就是在MLE算法的基础上提出的一种算法,该算法在减少运算量的同时保持了较高的测角精度。在三子孔径算法的基础上,利用米波雷达仰角测量模型中目标信号与地(海)面多径反射信号(又称镜像信号)的几何关系,提出了改进的三子孔径算法。同时通过计算机仿真验证了改进算法要优于原始算法。     

基于波束空间的米波MIMO雷达角度估计算法

针对米波多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达低仰角估计的问题,提出了一种基于波束空间的角度估计算法.结合米波MIMO雷达低仰角目标的回波特点,建立了同时考虑发射多径和接收多径的信号模型.算法首先在接收端形成多个接收波束,再利用发射信号进行匹配滤波,然后在接收端形成多...     

基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达DOA估计算法

针对传统MIMO雷达可分辨目标数受限于虚拟阵元数的问题,该文提出一种基于嵌套阵的MIMO雷达阵形设计新方法并改进了相应的稀疏DOA估计算法。首先分析对传统MIMO雷达的虚拟阵元进行嵌套采样给DOA估计性能带来的影响;然后提出嵌套MIMO雷达阵形设计方法,在虚拟阵元数相同的情况下,该阵形比传统阵形分辨更多的目标;最后提出一种基于空域稀疏性的嵌套MIMO雷达改进DOA估计算法,该算法使用噪声子空间加权,在提高分辨率的同时可以有效消除伪峰。仿真结果验证了该文算法的有效性和优越性。     

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。