气象雷达用的脉冲压缩技术

下世纪的先进气象雷达将能采纳脉冲压缩波形和相控阵电扫天线,以满足更高的时间与空间分辨力要求。我们已研究出几种用于气象雷达的编码波形和脉压滤波器,候选波形包括Barker双相编码波形以及线性与非线性调频编码波形。就分布式气象回波的脉压处理而言,已证明最小综合副瓣(反向)滤波器优于匹配滤波器。我们通过画出综合副瓣/峰值副瓣比与多普勒频移的关系曲线来叙述波形和滤波器的多普勒灵敏度。我们还用3CmELDORA实验雷达验证了它们对地杂波与50dB反射率过渡气象数据的影响。     

一种基于卷积神经网络的LFM信号超低副瓣脉冲压缩方法(英文)北大核心CSCD

脉冲压缩技术是为了解决雷达探测威力与距离分辨力之间的矛盾而提出的。传统匹配滤波方法采用加汉明窗等窗函数的手段抑制脉冲压缩后的副瓣电平,但只能将压缩后的副瓣电平进行一定程度上的抑制,并且带来了不必要的主瓣展宽。近年来,基于卷积神经网络的信号处理技术被广泛应用于各个领域。文中提出了一种新的基于卷积神经网络的线性调频信号脉冲压缩方法,能够在获取近似理想脉冲压缩主瓣的同时,极大地抑制副瓣电平。该方法共由三个子网络组成,分为两个阶段进行。在第一个阶段,使用两个一维卷积神经网络分别从雷达回波信号的实数部分和虚数部分提取特征,并实现初步脉冲压缩;然后基于第一阶段子网络的输出,在第二阶段中利用含有一层隐藏层的子网络来完成脉冲压缩。通过仿真验证,与传统匹配滤波方法相比,该方法可以在获得极窄的脉冲压缩主瓣情况下将脉冲压缩副瓣电平抑制在-85 dB以下,方法有效性得到了充分验证。     

单脉冲脉内互补低距离旁瓣雷达波形设计

雷达脉冲压缩的距离旁瓣较高将会导致遮蔽效应的产生,已有的低旁瓣波形设计都是基于全脉冲相关进行处理。本文利用波形组合的方法进行波形设计,基于单脉冲脉内分段脉压信号处理方式和互补码自相关求和零旁瓣特征相结合,利用频域正交设计,将两个或多个互补序列调制至不同频点以子脉冲的形式分段合并为恒模单脉冲雷达波形。仿真试验表明,本文设计的单脉冲脉内互补低旁瓣波形脉压后的峰值旁瓣电平和积分旁瓣电平较低,分段脉压结合互补码零旁瓣特征的信号处理方式虽然会导致0.89 dB左右的信号处理增益损失和主瓣展宽,但却能够突破部分相位编码信号的峰值旁瓣电平下限。强弱目标场景仿真表明,与线性调频信号相比,本文提出的雷达波形不会导致强目标的副瓣对弱目标的遮掩。恒虚警检测仿真表明,在剔除强目标峰值后,本文所提波形对弱目标的检测概率要优于传统的线性调频信号。     

CostasTH和群补码相位编码的混合调制波形设计

混合波形设计是雷达提高性能指标颇具潜力的手段。本文利用Ｃｏｓｔａｓ序列跳时和群补码相位调制脉冲压缩相结合，设计出一种新的雷达混合波形；推导并分析了这种混合波形的相关特性和模糊函数；通过计算机模拟，以及在与其它常规的脉冲压缩波形性能的比较，揭示了这种波形具有的接近于理想的距离我笔普勒的模糊和良子的ＥＣＣＭ性能。     

线性调频信号脉冲压缩仿真与分析

介绍了对线性调频信号进行脉冲压缩及其旁瓣抑制的方法,分析了多普勒频移对结果的影响,并对脉压后信号主副瓣比,幅度和脉宽的变化进行了分析。仿真结果表明,脉冲压缩能在雷达发射功率受限时,提高目标的探测距离,并保持较高的分辨率。     

一种有效的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法

发射信号的分离是MIMO雷达的一个重要环节,该文基于最小均方误差准则,提出了一种有效的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法,从每个接收阵元接收到的信号中分别自适应地估计每个距离单元的脉冲压缩滤波器的权系数,从而获得期望的脉冲压缩性能,更好地完成发射波形的分离。该方法不仅能够抑制信号本身的距离旁瓣,降低信号之间的互相关电平,还对目标本身的多普勒频率具有很强的适应性。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

基于Kent映射的混沌调频雷达波形设计

设计了一种基于Kent映射的混沌调频雷达波形,给出了如何通过Kent映射方程构造混沌调频雷达波形的方法,分析了其模糊函数特征及时频分布.理论分析与计算机仿真结果均表明,混沌调频波形是一种伪随机的雷达信号,具有“图钉型”模糊函数,具有很强的灵活性和反侦察性,具有更窄的压缩主瓣宽度与更低的副瓣电平.研究成果为雷达波形设计提供新的思路.     

基于Golay互补序列空时编码的MIMO雷达波形设计

针对多输入多输出(MIMO)雷达正交波形设计中数值优化方法所得波形脉冲压缩旁瓣较高的问题,该文提出一种基于Golay互补序列空时编码的设计方法。该方法利用Golay互补序列的互补性,并通过对序列构成的脉冲串进行扩展的空时编码,减小了波形的自相关旁瓣和互相关,从而降低了脉冲压缩波形的旁瓣;然后,为解决多普勒频移导致波形检测性能下降的问题,利用零空间向量加权法对脉冲压缩后波形进行多普勒补偿,显著提高了其目标检测能力。仿真结果验证了该文方法的有效性。     

气象雷达用的脉冲压缩技术

下世纪的先进气象雷达将能采纳脉冲在压缩波形和相控阵电扫天线，以满足更高的时间与空间分辨力要求。我们已研究出几种用于气象雷达的编码波形和脉压滤波器。候选波形包括Ｂａｒｋｅｒ双相编码波形以及线性与非线性调频编码波形。就分布式气象回波的脉压处理而言，已证明最小综合副瓣滤波器优于匹配滤波器。     

天线副瓣对机载脉冲多普勒雷达地杂波影响的分析

用计算机仿真和实验测试数据分析了天线副瓣对机载脉冲多普勒雷达地杂波的影响。分析结果表明天线远区副瓣对雷达地杂波的影响较大 ,因此在雷达系统设计中要设法减小天线远区副瓣     

Estimation of chirp radar signals in compound-Gaussian clutter: acyclostationary approach

Signal detection of known (within a complex scaling) rank one waveforms in non-Gaussian distributed clutter has received considerable attention. We expand on published solutions to consider the case of rank one waveforms that have some unknown parameters, i.e., signal amplitude, initial phase, Doppler shift, and Doppler rate of change. The contribution of this paper is the derivation and performance analysis of two joint estimators of Doppler shift and Doppler rate-the chirp embedded in correlated compound-Gaussian clutter. One solution is based on the maximum likelihood (ML) principle and the other one on target signal second-order cyclostationarity. The hybrid Cramer-Rao lower bounds (HCRLBs) and a large sample closed-form expression for the mean square estimation error (only for the Doppler shift) are also derived. Numerical examples are provided to show the behavior of the proposed estimator under different non-Gaussian clutter scenarios     

用于SAR与通信一体化系统的滤波器组多载波波形

合成孔径雷达(SAR)与通信一体化可提升SAR的信息交互能力,实现探测数据实时传输,提升系统整体性能。一体化平台在工作过程中,将引入多普勒偏移和多径效应,这使得广泛研究的正交频分复用(OFDM)一体化波形的正交性无法保持,成像与通信性能受限。该文提出利用滤波器组多载波(FBMC)波形实现SAR与通信一体化,一方面,FBMC波形对子载波间的正交性要求低,可以对抗多普勒与多径效应,另一方面,FBMC波形不采用循环前缀(CP),因此可以避免出现虚假目标,提升了频谱利用率。该文分析了FBMC波形的一体化性能,针对一体化系统中的多径效应与多普勒偏移对FBMC波形的影响展开了研究,并针对大频偏的情况提出了适用于FBMC一体化波形的多普勒补偿算法。基于FBMC的SAR与通信一体化波形在宽测绘带SAR与通信一体化系统中有更好的性能,仿真试验验证了该结论。      

Performance analysis and improvement of direct position determination based on Doppler frequency shifts in presence of model errors: case of known waveforms

Multidimensional Systems and Signal Processing - The direct position determination (DPD) method based on Doppler frequency shifts for signals with known waveforms is first proposed by Amar and...     

高分辨一维多普勒像

雷达可发射频域高分辨信号,如单频连续波信号,从回波信号中估计目标各散射中心的多普勒频移,从频域分辨各散射中心。引入了高分辨一维多普勒像的概念,介绍了高分辨一维多普勒像成像基本原理,理论推导说明高分辨一维多普勒像为目标散射强度分布的横向投影。基于成像公式得到了目标多普勒像分辨率大小,以及不进行非线性相位补偿条件下,成像积累时间内目标转角或积累时间的约束条件,推导了高分辨一维多普勒像不模糊条件对数字采样率的约束,仿真试验验证了理论推导的正确性。     

一种新的双基地MIMO雷达目标定位和多普勒频率估计方法

该文提出了一种新的双基地MIMO雷达目标定位和多普勒频率估计方法.该方法利用矩阵的双正交性构造合理的代价函数,通过迭代求解代价函数和系统化的多阶段分解依次估计每个目标的2维方位角和多普勒频率.仿真结果表明,与基于ESPRIT的方法相比,该文方法能够估计目标的多普勒频率,消除了雷达发射信号不满足理想正交对目标定位精度的影响并且在发射和接收阵列不具备平移不变结构的条件下仍具适用性.     

Doppler dispersion effects in matched filter detection and resolution

Conventional matched filters which use pseudorandom or noise-like waveforms attempt to compensate for the Doppler effect by cross-correlating the received waveforms with frequency shifted replicas of the transmitted waveform. However, frequency translation is only an approximation to the actual Doppler effect which is a time-expansion or time-compression of the waveform resulting from the continuous expansion or compression of the transit path. This paper investigates the effects of Doppler dispersion in matched filters which use frequency translation for Doppler compensation. It is found that the effects of Doppler dispersion are independent of the carrier frequency and negligible if the dispersion product, i.e., the absolute magnitude of the product of the signal bandwidth, duration, and delay rate, is less than unity. If the dispersion product is greater than unity the dispersion effects are serious. In the latter case the time and frequency resolution of the system are degraded and the output pulse is reduced in amplitude. The maximum improvement that can be obtained in the signal-to-noise power ratio is equal to the reciprocal of the delay rate magnitude. This maximum signal-to-noise gain is achieved when the time-bandwidth product of the receiver is chosen such that the dispersion product is approximately unity.     

Cyclotron and upper hybrid resonance frequency in reflected pulse by magnetoplasma half space

Reflected waveforms of impulsive plane waves incident on a homogeneous lossless magnetoplasma half space (with d.c. magnetic field perpendicular to the propagation vector) are determined in the closed form by Bessel functions of first kind and fractional order. The cyclotron plasma frequency is related to the first normalised maximum excursion in the reflected waveforms. Cyclotron and upper hybrid resonance plasma frequencies are related to the delay of the first maximum excursion in the reflected waveforms.     

同时极化雷达波形隔离度分析与选择

针对目标极化特性测量,尤其是大动态单目标极化特性的测量问题,同时极化测量波形的设计需着重考虑其波形隔离度。首先,从模糊函数的角度出发定义波形隔离度。然后,针对波形隔离度这个指标,讨论双频矢量脉冲信号、正负斜率线性调频信号和全极化OFDM信号等典型极化测量波形的隔离度性能,重点分析了多普勒频移对波形隔离度的影响。最后对不同波形下波形隔离度的影响因素及性能指标进行比较,给出了这几种极化测量波形的适用场景,对同时极化测量波形的设计与选择具有一定指导意义。     

Orthogonal wideband hybrid-coding radar waveforms design

To obtain wideband orthogonal waveforms of radar systems with high-range resolution and good correlation properties, this paper proposes two types of orthogonal wideband hybrid-coding waveforms, polyphase discrete frequency (PDF) waveforms and polyphase signed-chirp (PSC) waveforms. Using an intra-pulse hybrid modulation, high-range resolution can be obtained, and good correlation properties between different waveforms are easier to optimize within a larger optimization space. Specifically, good correlation properties of the PDF waveforms are indeed easier to achieve without a loss of range resolution, as occurs with a discrete frequency coding waveform. Compared with polyphase coding waveforms, the signal bandwidth of each PSC waveform is twice as large as that of sub-pulse chirp signals, and superior correlation properties are obtained. Finally, various designed waveforms optimized by the genetic algorithm are provided to demonstrate the effectiveness of these proposed wideband hybrid-coding waveforms.     

相干MIMO雷达无模糊区面积缩小问题与优化扩展技术研究

在时延-多普勒平面上, 无模糊区面积决定雷达距离模糊与距离杂波折叠特性以及多普勒模糊与多普勒频率混杂特性.文章首次从理论上证明, 采用N个波形的相干多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达存在无模糊多普勒缩小现象, 在一定条件下缩小为单输入-多输出(Single-Input Multi-Output, SIMO)雷达无模糊多普勒的1/N, 导致该雷达无模糊区面积缩小为SIMO雷达的1/N, 并给出了仿真实例.无模糊区面积缩小将导致雷达在杂波环境下性能下降.对此, 提出了将相干MIMO无模糊区面积扩展到与SIMO雷达相等的波形设计技术, 并给出恢复实例, 解决了采用N个频率波形的相干MIMO雷达无模糊区面积缩小的基础性问题.