相控阵MIMO雷达最佳子阵划分

研究了相控阵多输入多输出（MIMO）雷达发射阵列采用满重叠划分方式时的波束形成,将收发波束方向图表示为单个子阵的发射波束方向图、波形分集方向图和接收波束方向图乘积的形式,并分析其最大探测距离、主瓣宽度、副瓣性能以及输出信号与干扰加噪声比性能。理论及仿真结果表明：与同等配置的相控阵雷达和MIMO雷达相比,相控阵MIMO雷达拥有更好的副瓣抑制性能以及抗干扰能力。并通过研究子阵数目对雷达性能的影响,得到了不同准则下的最佳子阵数目选取方案。     

近场雷达成像非均匀稀疏阵设计

阵列设计作为多输入多输出(MIMO)雷达成像系统中的一项关键技术直接影响系统成像性能。为了解决阵元数目、结构与成像质量的关系问题,研究了近场MIMO收发稀疏阵的点扩展函数,研究了合成阵列中栅瓣的位置,探讨了基于等效阵列概念的MIMO阵列设计方法,优化了基于远场条件设计的稀疏阵,并讨论了近场效应对成像结果的影响。仿真结果表明：优化后的阵列在120~150 GHz栅瓣水平可以抑制到-50 dB。     

一种性价比高的TDM MIMO雷达系统设计和实验

基于大量使用昂贵的收发组件,传统的具有M阵元发射阵列和N阵元接收阵列的相干多输入多输出(MIMO)雷达系统实际应用受高成本的限制,文中提出一种性价比高的时分复用(TDM) MIMO雷达系统设计。首先,建立TDM MIMO雷达的收发结构模型;其次,从理论上对距离估计和角度估计进行了仿真比较,将TDM MIMO雷达与单输入多输出雷达通过实验对比验证;最后,结果证实相比于相同阵列的传统MIMO雷达,TDM MIMO雷达不仅目标波达方向性能未受影响,而且以较低的成本实现较高的角度分辨率。     

基于压缩感知的稀疏阵列MIMO雷达成像方法

针对MIMO雷达对空目标单次快拍成像时天线数目较多问题,该文提出了一种稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。首先分析了MIMO雷达天线的稀疏布阵方式,其次结合压缩感知理论具体阐述了稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。该方法不仅能够对运动目标实现单次快拍成像,避免了目标机动带来的运动补偿难题,同时又能够大幅减少MIMO雷达的天线规模,便于工程实现。最后利用仿真实验验证了所提方法的有效性。     

子阵级密集MIMO阵列性能分析及试验验证

相比单元级密集多输入多输出(MIMO)阵列的处理复杂度,子阵级密集MIMO阵列更具工程应用前景。针对已有文献分析均基于单元级密集MIMO阵列的不足,文中首先理论推导出了子阵级密集MIMO阵列的归一化方向图函数,然后阐述了其与单元级密集MIMO阵列在虚拟孔径形成上的本质差异,并分别与单元级密集MIMO阵列和相控阵(PA)进行了信噪比、测角精度和角分辨率等性能的对比分析,最后搭建试验平台验证了理论分析的正确性。     

联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法

采用压缩感知理论的穿墙稀疏成像恢复算法需要感知矩阵满足有限等距性质(RIP),最直接的验证方法是判定感知矩阵的相干系数是否较小。针对现有的穿墙多输入多输出(MIMO)阵列稀疏成像方法没有验证感知矩阵是否满足RIP 性质而容易出现重构失败并导致成像模糊的问题,提出一种联合感知矩阵优化的穿墙MIMO阵列稀疏成像方法。该方法首先依据配置指标将阵元配置为两端发中间收和分时复用的模式,既能使感知矩阵的相干系数最小,又能获得均匀而不冗余的等效虚拟阵元;然后,从中选取部分能够满足感知矩阵相干系数最小的虚拟阵元组合,使用可分离逼近结构稀疏恢复算法充分考虑扩展目标信号的结构稀疏先验信息对其进行稀疏成像重构;最后,选取成像性能指标较好的一组作为成像结果。仿真和实验结果表明,该方法降低了运算量和虚拟阵元间的干扰,节约了硬件成本,提高了算法的稀疏重构性能,获得了高分辨的穿墙扩展目标成像。     

MIMO阵列波束形成方法研究

相控阵雷达无法分辨一个波束宽度内的2个目标,多输入多输出(Multi-Input Multi-Output,MIMO)雷达阵列各阵元发射正交信号,提高了阵列系统的自由度,改善了雷达阵列系统分辨性能。文中给出了MIMO阵列相关滤波器组分离目标回波信号的原理框图,并进行了MIMO阵列常规波束形成器和最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器理论分析和仿真实验。仿真结果表明,MIMO阵列比常规相控阵列具有更高的角度分辨率。     

改进遗传算法优化MIMO稀布阵列

为了解决多输入多输出(MIMO)天线阵列由于阵元间隔过大造成的阵列方向图出现栅瓣,在雷达回波成像时出现影响目标识别的虚假目标的问题,提出了一种改进的遗传算法对阵列排布进行优化。在传统标准遗传算法上进行改进,用多个矩阵组合表示MIMO阵列,针对在矩形平面随机分布的稀疏阵列的方向图旁瓣问题进行优化设计,并采用基于Logistic混沌序列的方法产生种群扰动,避免优化过程进入局部最优状态。通过实例对比22发射天线22接收天线的均匀规则排布MIMO阵列和经改进遗传算法优化的稀布MIMO阵列,结果表明,改进遗传算法可以有效解决规则排布阵列方向图中出现的栅瓣,并且降低方向图旁瓣,提高雷达成像性能。该优化算法变量可控,具有很强的实用性,为MIMO雷达的阵列排布提供了解决方法。     

基于子阵划分的二维穿墙MIMO阵列设计

穿墙三维成像中,不同的阵列构架会直接影响阵列性能及其适用环境。利用等效阵列原理设计二维多输入多输出(MIMO)阵列,在具体分析一维STVA阵列具有最短物理尺寸的原理上,提出了利用子阵划分的方法解决等效阵列到MIMO阵列的去卷积问题。针对去卷积后得到多种MIMO阵列构型的择优问题,提出了综合尺寸的概念,利用子阵划分后的部分信息衡量去卷积后MIMO阵列的物理尺寸,最后将这种方法推广至二维MIMO阵列,设计出适用于穿墙成像的二维UWB-MIMO阵列,利用仿真实验验证了其在穿墙三维成像中的优异性能。     

基于光纤模式数据采集方案的阵列快拍成像雷达

阵列快拍成像雷达采用阵列天线雷达成像体制,通过高速微波开关切换和高速数据采集,可以同时实现对目标的空间分辨和时间分辨,即实现雷达快拍成像,该技术在飞行器平台的辅助导航、交通监测等领域具有广阔的应用前景。阵列快拍成像雷达的特点是能够快速成像,核心技术包括微波信号收发、高速数据采集与传输、实时成像处理及阵列天线高速微波开关切换。其中,高速数据采集与传输是实现快速成像是正确成像的关键,数据缺失会导致图像散焦。本文首先分析了阵列快拍成像雷达成像原理及信号采样对数据采集与传输系统的要求;继而提出了基于光纤传输模式的数据采集与传输系统方案,系统采用四路高速AD对雷达基带信号进行采样,在FPGA中进行复数运算,通过光纤通道传送到主控计算机,系统传输速率可以达到2.5Gbps;最后,通过阵列快拍成像实验验证了系统的性能。      

基于防撞雷达的分集相控阵设计方法

常规相控阵雷达通过移相发射空间合成的相参信号形成能量聚集的天线方向图,由于收发天线复用因此所合成的天线孔径要低于收发分置的MIMO雷达。该文首先通过理论推导MIMO雷达在探测性能上和相控阵雷达的一致性及区别,指出MIMO雷达的实质优势在于发射波束的数字赋形。然后设计一种基于防撞雷达的分集相控阵,发射端采用相控体制,接收端采用DBF数字波束形成,通过分析移相器位数对该雷达性能的约束,证明在指定波束指向上该雷达在避免产生正交信号的前提下能达到和MIMO雷达相同的虚拟孔径性能。最后通过计算机仿真,验证该方法的有效性和可行性。采用该雷达体制在保证合成波束宽度的前提下,能有效降低接收通道数,从而有效降低雷达成本并提高通道一致性。     

有源相控阵天线发射方向图测试简易方法

有源相控阵天线需要对接收和发射两种状态的天线方向图进行测试。现有天线测试远场只能进行接收态的方向图测试,介绍了在远场进行发射态方向图测试的一种简易方法。利用远场的测试转台和发射喇叭,使用频谱分析仪接收有源相控阵天线发射的数据,编制测试软件采集处理数据,即能实现有源相控阵天线发射方向图的测试。该测试方法简单易行。     

采用遗传算法的MIMO雷达L型阵列稀布优化

针对多输入多输出（MIMO）雷达阵列稀布导致栅瓣效应的问题,研究了L型阵列方向图综合方法。通过在发射和接收阵列的阵元位置中引入随机扰动,同步优化收发阵列,对MIMO雷达Ｌ型阵列等效构造的虚拟矩形平面阵列进行二维方向图综合,并且对遗传算法的变异算子进行改进,提高全局搜索性,从而有效抑制栅瓣,降低二维合成方向图中方位维和俯仰维的峰值旁瓣电平。仿真实验证明了所提算法的有效性。     

机载交轨稀疏阵列天线雷达的下视三维成像处理

该文研究了机载交轨稀疏阵列天线雷达的下视3维成像处理问题。将稀疏阵列天线布设在载机交轨向,采用频分正交信号实现多发多收以提高发射功率,利用多相位中心孔径综合原理将稀疏阵换成满阵,采用与空间位置相关的匹配滤波器使不同子带信号孔径综合后相位中心的空间位置相同,进一步将子带信号合成宽带信号以提高距离分辨率实现下视3维成像。为了扩大观测幅宽,提出将ScanSAR模式与SweepSAR模式相结合的扫描方式,以降低雷达系统的脉冲重复频率。分析了机载交轨稀疏阵列天线雷达的系统参数,通过仿真验证了该文方法的有效性。     

弹载宽带相控阵单脉冲雷达通道级STAP与ATBF研究

针对弹载宽带相控阵单脉冲雷达体制以及强海杂波背景,提出了一种基于通道级STAP与ATBF的杂波抑制、目标检测与角度测量方法。该方法交替使用两种发射方向图,首先采用常规方向图形成发射波束,利用和通道与俯仰差通道输出的距离-多卜勒图像进行自适应杂波对消与目标检测;然后根据目标单元处的对消因子获得等效的接收方向图,在需要抑制的杂波方向形成零点,根据收发互易原理将其转换为修正的发射方向图;最后按修正的方向图计算各阵元的加权因子,形成发射波束,采用常规的单脉冲方式测量目标角度。理论分析及仿真结果表明:该方法能有效抑制杂波及移位角闪烁、改善目标角度的测量精度,且运算量低、易于实现。      

非正交发射的宽域高分辨MIMO InSAR成像模式研究

MIMO InSAR具有比多基线InSAR更稳健和精确的地形高程重建能力,但其关键技术之一是在各阵元接收端分离出源自不同阵元发射信号的回波。现有正交信号正交性不足,依赖它们实现回波分离会产生严重回波间相互干扰。为此,该文提出了一种非正交发射的MIMO InSAR成像模式,该模式首先通过控制各阵元交替发射信号,使其主瓣回波交替出现在各脉冲重复周期,此时只需压低各阵元天线俯仰维旁瓣即可大幅降低回波间的相互干扰,从而避免回波分离对发射信号正交性的依赖。在此模式基础上,该文又引入基于方位向多通道处理的波束扫描技术以缓解交替发射时方位不模糊与距离不模糊之间矛盾,从而实现宽域、高分辨观测。仿真结果证明了该文MIMO InSAR成像模式的有效性。     

基于DDS的有源相控阵天线

有源相控阵天线不仅能提高通信系统的性能,而且还能扩充其功能,所以在通信领域的应用越来越广泛.本文介绍一种没有高频移相器的8单元有源相控阵天线系统,它由平面天线阵、数字T/R组件、接收DBF和系统控制分析软件等组成.其基本原理是在发射模式下,利用直接数字合成(DDS)代替传统的高频移相器和衰减器.由于DDS的工作频率比较低,需要通过上变频到系统所需要的工作频率(2.0GHz).在发射模式下,通过控制DDS完成发射波束形成所必需的幅度、相位加权和上变频所必需的本振信号;在接收模式下,则利用DDS技术产生接收信号下变频所必需的本振信号,然后采用DBF技术形成接收波束.文中详细介绍了基于DDS的有源相控阵天线的实现方法和实验结果.通过8单元基于DDS的有源相控阵天线系统的研究,证实了DDS技术在相控阵天线中应用的显著优点和相控阵天线在通信领域具有潜在应用市场.     

基于微波光子倍频与去斜接收的宽带阵列雷达 （特邀）

微波光子雷达利用光子学方法实现雷达信号的产生与处理,具有突出的宽带工作能力,能显著提升雷达距离分辨率。为了提升雷达角度分辨能力并实现灵活波束控制,将微波光子雷达技术与阵列技术相结合是必然的发展趋势。目前研究较多的宽带阵列雷达采用光真延时技术克服宽带波束倾斜问题,通常面临复杂度高、灵活性差、延时精度有限等问题。近年来,基于微波光子倍频与去斜接收的宽带雷达收发架构得到了广泛关注,基于此技术构建的阵列雷达,在实现宽带工作的同时具备实时数字补偿与处理功能,为宽带阵列雷达的发展提供了新的思路。文中针对作者在此方面的最新研究进展进行了综述,在阐明基于微波光子倍频与去斜接收实现宽带雷达收发机理的基础上,介绍了构建宽带相控阵雷达的方法以及实现数字波束扫描与成像的性能。然后,将阵列形式扩展至多输入多输出（MIMO）形式,介绍了基于光波分复用技术实现宽带微波光子MIMO雷达的方法,并分析了微波光子MIMO雷达在目标探测与成像方面的性能。