天基TDM-MIMO雷达系统抗干扰波形设计方法

针对天基MIMO脉冲雷达探测体制的发射波形设计问题,考虑到天基雷达的发射波形等相关参数极易被敌方侦察设备侦收到,提出了一种新的抗干扰天基TDM-MIMO雷达波形设计方法。结合雷达系统的信号处理流程,建立了基于复合模糊函数的波形设计参数化模型,以表征雷达探测性能的发射信号集复合模糊函数和表征抗欺骗干扰的正交性来优化设计雷达波形,在保证了雷达探测性能的前提下,兼顾了抗干扰性能。该优化波形同时具有一定范围的多普勒不敏感的特性。天基TDM-MIMO雷达系统各发射阵元依次发射或跳变发射正交波形,所有接收阵元接收回波信号,回波信号经过信号处理流程之后实现了目标的检测。仿真试验验证了优化波形的有效性和可行性,适用于天基TDM-MIMO雷达探测高速空间目标的实际工程应用。     

基于遗传算法的MIMO雷达正交编码信号波形优化

MIMO雷达通过发射正交编码信号来获得独立的空间分集增益,改善目标检测识别性能。它对发射信号波形优化设计提出了更高的要求:首先信号为正交信号,以便减低信号间干扰并获得独立的空间分集增益;其次信号为大时宽、宽带宽的脉冲压缩信号,以便解决探测距离和距离分辨率的矛盾。文中根据以上两条要求构造适合的适应度函数,提出了一种基于遗传算法的正交编码信号设计方法,为正交MIMO雷达发射信号进行波形优化,仿真结果和实验分析验证了算法的有效性和可行性。     

分布式卫星多发射波形－地面运动目标检测系统研究

 针对分布式小卫星雷达系统的地面低速运动目标检测,本文给出了一种新的基于多发射正交编码信号的单接收GMTI处理系统体制,详细分析了该系统对多发射正交编码波形的性能要求,并基于此给出了相应的正交波形优化设计方法.在这种新的系统体制中,采用不同卫星分别发射优化后的正交波形,在接收卫星上将回波信号分别和各个发射信号匹配得到不同发射卫星所对应的图像,然后利用基于图象域的多通道、多像素二维联合自适应处理进行地面低速运动目标检测,这样避免了多颗卫星之间的数据传送,提高了整个系统的实时处理性能.采用的正交波形优化设计方法以接收回波信号中匹配出各发射卫星的一维像性能为优化准则,即利用一维像的主瓣形状和旁瓣性能的约束来实现.波形正交性、算法收敛性、杂波相消以及动目标检测方面的仿真结果和性能分析验证了该系统以及相应算法的可行性和有效性.     

SIMFA信号用于机载雷达LPI性能分析

提出一种机载LPI(Low Probability of Intercept)雷达HPRF(High Pulse Repetition Frequency)波形,实现了波形设计产生、接收处理,同时对波形抗干扰性能、目标探测性能和LPI性能进行了分析。首先,从原理上对所设计SIMFA(SIMultaneous Frequency Agile)信号的产生方法进行了数学分析,给出波形产生方法;然后,对SIMFA信号的接收及信号处理方法进行研究,实现了单通道接收机对所设计波形的顺利接收;其次,对于电子对抗常用的两种干扰机--瞄准式窄带干扰机和信道化接收机,给出了SIMFA信号的抗干扰性能;再次,分析了SIMFA信号的目标探测性能,并给出提高目标探测性能的方法;最后,通过截获因子的分析,说明了SIMFA信号LPI性能的有效性。     

MIMO雷达正交相位编码信号设计及分析

针对MIMO雷达发射正交波形的要求,提出一种采用相位编码设计MIMO雷达信号的方法。该方法采用遗传优化算法,设计产生一组正交相位编码信号,并分析该组信号的自相关和互相关特性。文章最后分析了采用正交相位编码信号设计MIMO雷达信号存在的一些问题。     

基于雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的间歇采样转发干扰抑制方法

间歇采样转发干扰(ISRJ)是基于欠采样原理的新型雷达相干干扰技术,能够形成密集假目标干扰。该文针对抗间歇采样转发干扰问题,提出一种雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的抗干扰方法。首先,以发射信号脉冲压缩积分旁瓣能量和干扰信号非匹配滤波输出积分能量为目标函数,综合考虑发射信号的幅度约束,建立了间歇采样转发干扰抑制的数学优化模型。然后,通过问题分解推导了雷达发射波形和非匹配滤波器的解析表达式,基于迭代算法设计了发射波形和非匹配滤波器。最后,通过仿真实验的方式验证了发射波形和非匹配滤波器的性能、抗间歇采样转发干扰性能以及所提方法的间歇采样转发干扰抑制能力。     

基于雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的间歇采样转发干扰抑制方法

间歇采样转发干扰(ISRJ)是基于欠采样原理的新型雷达相干干扰技术,能够形成密集假目标干扰.该文针对抗间歇采样转发干扰问题,提出一种雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的抗干扰方法.首先,以发射信号脉冲压缩积分旁瓣能量和干扰信号非匹配滤波输出积分能量为目标函数,综合考虑发射信号的幅度约束,建立了间歇采样转发干扰抑制的数学优化模型.然后,通过问题分解推导了雷达发射波形和非匹配滤波器的解析表达式,基于迭代算法设计了发射波形和非匹配滤波器.最后,通过仿真实验的方式验证了发射波形和非匹配滤波器的性能、抗间歇采样转发干扰性能以及所提方法的间歇采样转发干扰抑制能力.     

非均匀间隔OFD-LFM的MIMO雷达波形设计

正交频分线性调频(OFD-LFM)信号是多输入多输出(MIMO)雷达的一种常用发射波形,在分析其空时特性的基础上,针对空域合成信号自相关旁瓣存在的问题,该文提出一种非均匀间隔的OFD-LFM波形,并给出了相应的波形设计方法。该方法建立空时联合优化的模型,采用序列二次规划求解得到各信号的频率间隔和初相。所设计波形的发射方向图近似全向,空域合成信号具有良好的相关性能。     

有色噪声背景下自适应雷达波形优化设计

仅以提高雷达检测性能为目标所设计的发射波形通常具有较高距离旁瓣和峰均比,不利于微弱信号检测和实际工程应用。针对上述问题,提出目标信号子空间加权的自适应波形优化方法。给出利用环境中有色噪声的统计特性改善目标检测性能的系统模型,选取目标-有色噪声矩阵的大特征向量构成目标信号子空间,建立在该子空间上优化加权系数使发射波形满足自相关性能和峰均比约束的目标函数,并采用序列二次规划算法进行求解。该方法所优化发射波形能有效抑制有色噪声,同时获得较好的自相关特性和峰均比,改善雷达综合性能。仿真结果表明了该方法的有效性和灵活性。     

一种综合考虑目标检测与估计的波形设计方法

讨论了在综合考虑目标检测与估计性能的条件下,雷达发射波形的优化设计问题.由于衡量目标检测与估计性能的直接指标是信噪比(SNR)和互信息(MI),文中采用将SNR作为约束条件下最大化MI的准则,通过引入发射信号的自相关序列将优化目标转发为凸优化问题,进而优化设计发射波形.仿真实验的结果表明,利用该方法所设计的波形能够满足输出SNR约束(对于目标检测性能)且同时能够最大化MI(对应目标估计性能).     

一种基于遗传算法的正交波形设计方法

数字阵列雷达可通过子阵组合,发射多波束等方式实现同时搜索和跟踪不同空域目标,其中发射正交波形设计是数字阵列雷达的关键技术之一.本文以降低波形信号的自相关旁瓣峰值及互相关峰值为目标,采用改进的遗传算法对随机生成的四相码波形信号进行正交优化.仿真表明,优化设计的正交四相码波形相比于其他文献在自相关旁瓣峰值及互相关峰值性能上...     

基于Coiflets正交小波的超宽带脉冲波形设计

脉冲波形设计是超宽带(UWB)系统的关键技术。基于Coiflets正交小波提出一种产生UWB信号正交成形脉冲的新方法。仿真结果表明,基于Coiflets正交小波产生的新UWB脉冲的功率谱密度比高斯导函数脉冲能更好地满足FCC的频谱模板要求,有较高的频谱利用率。利用正交小波的正交性,设计的UWB脉冲波形可用于多用户通信。利用小波基函数产生的一系列脉冲进行组合叠加,可以达到更高的频谱利用率。     

基于多帧观测联合感知的空时自适应处理

在机载雷达体制中,空时自适应处理STAP(Space-Time Adaptive Processing)可有效抑制杂波并显著提高雷达对慢动目标的检测性能.但是在非均匀环境中,缺乏独立同分布的训练样本会使STAP性能严重下降.针对这个问题,本文提出一种基于多帧观测联合感知的空时自适应处理方法.该方法交替发射正交信号和普通的相控阵信号.检测前,通过当前及先前的环境回波感知观测场景获取杂波信息;检测时,先利用杂波信息结合平台参数及系统参数估计杂波协方差矩阵,再将估计的协方差矩阵与样本协方差矩阵进行组合以构造空时滤波器,抑制杂波,提高输出信杂比.仿真结果表明,与现有的知识辅助类STAP算法和降维算法相比,该方法在缺乏准确先验知识的情况下,可以有效地抑制非均匀杂波.     

集中式MIMO雷达研究进展：正交波形设计与信号处理

集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达通常利用正交波形增加发射波形自由度,采用数字阵列拓展空间收发自由度,使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展,最终带来空间分辨率、测角精确度、杂波抑制能力等大幅度提升。但是,这些性能提升的前提是发射波形具有正交特性。事实上,在实际应用中,在不牺牲时域/频域资源情况下,受限于时宽带宽积,无法获得完全正交的波形集合,从而限制了MIMO雷达系统性能。本文对集中式MIMO雷达正交波形复用的技术原理进行了系统回顾,分别归纳了三种快时间发射波形设计方法：时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、码分复用（Code Division Multiplexing,CDM）和频分复用 （Frequency Division Multiplexing, FDM）,以及两种慢时间发射波形设计方法：多普勒分复用（Doppler Division Multiplexing,DDM）和随机相位编码波形,并对其优缺点进行对比。同时,对快时间MIMO和慢时间MIMO的信号处理流程进行归纳综合,给出基于匹配滤波的集中式MIMO雷达统一信号处理框架。为了展示不同波形对成像性能的影响,本文给出了基于三维匹配滤波的MIMO雷达成像结果。最后,结合实际应用问题,指出当前MIMO雷达面临的技术难点和发展趋势。     

Performance of wavelet based Multi‐Chip Rate DS‐CDMA signals over multi‐path Nakagami‐m fading channels

Multi‐Chip Rate/Direct Sequence‐Code Division Multiple Access (MCR/DS‐CDMA) technique using scaled chip waveforms has been designed as an alternative to multi‐data rate DS‐CDMA techniques having constant chip rates. In this work, the probability of error (P_e) expression for MCR/DS‐CDMA signals is derived over multi‐path Nakagami‐m fading channels to investigate the effects of chip waveforms on it. This paper also proposes the use of orthogonal wavelets as chip waveforms of MCR/DS‐CDMA signals over the considered channel. For numerical calculations, Daubechies‐22 (D₂₂) wavelet is used because its side lobes are 40 dB below its main lobe in frequency domain. D₂₂ is compared with a Square Root Raised Cosine (SRRC) chip waveform. In the numerical calculations, only first four scales of the chip waveforms relating to four different chip/data rates are considered. The results for the P_e performance and the capacity (the number of user per Hertz for a same P_e level) show that D₂₂ significantly outperforms the SRRC chip waveform at all data rates, due to low cross correlations among different scales of orthogonal wavelets. Besides, by increasing the number of scales, the advantage of the use of orthogonal wavelets will increase furthermore. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于FSK-PSK复合调制的正交波形设计

干扰机通过复制和转发部分目标信号产生欺骗干扰,导致雷达跟踪到的是虚假目标而无法锁定真实目标。为对抗欺骗干扰,设计了脉内相位编码(Phase Shift Keying, PSK)、脉间跳频编码(Frequency Shift Keying, FSK)的FSK-PSK正交波形,用0-1离散变量表示跳频和相位进行0-1整数规划,构造增广拉格朗日函数,采用拟牛顿法求解,同时优化跳频和相位。仿真结果表明,FSK-PSK复合调制信号相对于简单的PSK信号具有更好的抗干扰性能,本文设计的FSK-PSK复合调制信号具有良好的正交性,保证各子脉冲的自相关函数具有低副瓣的同时,子脉冲之间的互相关水平也得到抑制。     

Performance of Gaussian waveform in OvTDM

Waveforms play a key role in overlapping time division multiplexing (OvTDM) system. The OvTDM has been proved to be a novel transmission technique that can utilize time diversity to improve the bit error ratio (BER) performance in Rayleigh channel. According to the resulted law, the BER performance of Gaussian waveform in OvTDM also improves with the increase in the waveform parameter monotonically, and the rectangular waveform is the worst case of Gaussian waveform. In contrast, the spectrum effectiveness of Gaussian waveform OvTDM decreases with the increase in the waveform parameter. In the study, it is obtained that waveforms can achieve the best performance when the smallest correlation coefficient between neighbor symbols is e-1.     

信号波形已知条件下多目标直接定位性能分析及其改进算法

相比传统"测向+位置估计"两步定位体制,以Weiss和Amar提出的目标直接定位技术具有精度高、分辨能力强等优点,并且便于利用信号波形信息.该文首先针对Weiss和Amar提出的信号波形已知条件下的多目标直接定位算法（称为Weiss-Amar算法）进行理论性能分析,证明了其参数估计的渐近一致性,推导了其参数估计的渐近方差,并指出当不同目标信号波形相关时会对算法性能产生较大影响.针对这一缺点,文中提出了信号波形已知条件下的改进型多目标直接定位算法,与Weiss-Amar算法不同的是,改进算法对全部目标的位置参数进行协同估计,并且通过交替投影迭代进行数值优化,能显著提高对相关信号的定位精度.最后文中推导了信号波形已知条件下多目标位置直接估计方差的克拉美罗界.仿真实验验证了文中理论分析的有效性和改进算法的优越性.     

正交波形MIMO雷达对发射杂散影响的改善

雷达在波形产生和传输过程中会产生杂散信号,这些杂散信号可能干扰雷达检测,产生EMI等。由于正交波形MIMO雷达各个发射通道的发射信号波形是正交的,而某些发射杂散对阵列是不相干的,因此不会产生阵列处理增益,从而就减小了对雷达本身及其他RF系统的干扰。本文分析了雷达发射杂散的信号模型,讨论了发射杂散对正交波形MIMO雷达和传统相控阵雷达的目标检测性能的影响,说明了MIMO雷达在减小杂散影响方面的性能优势。     

可实时更新任意函数和图形波形的发生器IP核设计

基于直接数字频率合成(DDS)原理、可编程片上系统(SoPC)技术和Avalon总线规范,结合软件编程技术,设计了一个通过PC软件可实时产生任意函数表达式波形和人工图形绘制波形的任意波形信号发生器.该信号发生器包括具有独特调制方法及多功能DDS IP核设计、用于通信控制接口的Nios II软件设计和函数波形产生与图形波形编辑的PC软件与界面设计.给出了4种设计波形与实际输出波形的测试验证结果.在该信号发生器运行时,通过PC端上位机软件可十分方便且实时地更新波形,并通过函数方式与图形方式相结合,真正实现任意波形信号的产生.