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一种自适应加速的多路径匹配追踪重建算法

西安电子科技大学学报 2024年

作者：逯彦廖桂生王小鹏兰州交通大学电子与信息工程学院西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室

在压缩感知重建算法中，多路径匹配追踪算法能够通过搜索多个路径提升获得全局最优解的可能性，但产生的大量冗余路径会造成严重的性能损耗，针对此问题，提出了一种基于自适应加速的多路径匹配追踪重建算法。首先，该算法在路径分解时... 详细信息

在压缩感知重建算法中，多路径匹配追踪算法能够通过搜索多个路径提升获得全局最优解的可能性，但产生的大量冗余路径会造成严重的性能损耗，针对此问题，提出了一种基于自适应加速的多路径匹配追踪重建算法。首先，该算法在路径分解时，通过设置阈值门限控制生成的子枝点数量，优化了原算法平均分配路径数的策略，使相干性强的父枝点可以遍历更多的子枝点，限制相干性小的原子被分配到新的路径中。其次，利用首个路径产生的重建残差，设计了新的修剪准则对候选路径进行二次筛选，进一步减少冗余路径的生成，降低了计算支出。最后，在理论上推导了所提算法在理想状态下准确重建信号的有限等距性条件，给出了所提算法在有噪条件下准确重建信号的信噪比界限。仿真结果表明，在一维和二维信号的重建实验中，所提算法在保证较高的重建精度的前提下，与多路径匹配追踪算法相比，有效提升了重建效率。

关键词：压缩感知多路径匹配追踪相干性有限等距性

面向复杂场景的多通道慢速动目标稳健检测算法

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 2018-2027页

作者：刘昆贺雄鹏廖桂生余悦王麒凯西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室西安710071

针对鲁棒主成分分析(RPCA)算法在多通道慢速地面动目标指示(GMTI)中存在的高虚警以及对通道误差敏感问题,该文提出一种数据重构与速度合成孔径雷达(VSAR)-RPCA联合处理的方法。首先,通过样本挑选与联合像素法完成通道间数据精确重构;然... 详细信息

针对鲁棒主成分分析(RPCA)算法在多通道慢速地面动目标指示(GMTI)中存在的高虚警以及对通道误差敏感问题,该文提出一种数据重构与速度合成孔径雷达(VSAR)-RPCA联合处理的方法。首先,通过样本挑选与联合像素法完成通道间数据精确重构;然后结合VSAR检测模式提出一种新的RPCA优化模型,通过采用交替投影乘子法对其进行求解得到空间频域的稀疏矩阵,进一步利用动目标与强杂波残余在空间频域通道的分布特性差异实现强杂波残余剔除与动目标检测;最后采用沿航迹干涉算法估计目标径向速度完成动目标重定位。相较于传统RPCA算法,所提算法在非理想强杂波背景下的虚警率显著降低。理论分析与实测实验验证了所提算法的有效性。

关键词：合成孔径雷达地面动目标检测鲁棒主成分分析数据重构

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一种侦干探多功能一体化微系统设计

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 868-881页

作者：肖国尧廖桂生柯华锋李帅全英汇西安电子科技大学电子工程学院陕西西安710071 西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071 中国空间技术研究院通信与导航卫星总体部北京100094

在无人机载、弹载综合电子应用领域,基于传统分立器件设计的信号处理系统面临日益突显的资源受限问题。因此,针对无人机载、弹载综合电子系统的多功能、小型化、高性能应用的迫切需求,提出一种侦干探多功能一体化信号处理微系统集成设... 详细信息

在无人机载、弹载综合电子应用领域,基于传统分立器件设计的信号处理系统面临日益突显的资源受限问题。因此,针对无人机载、弹载综合电子系统的多功能、小型化、高性能应用的迫切需求,提出一种侦干探多功能一体化信号处理微系统集成设计技术。基于三维堆叠等先进封装技术,将射频直采数模/模数转换器、可编程逻辑器件、处理器、大容量易失型存储器、非易失性存储器以及阻容等诸多元件进行共封装设计集成,构成可同时完成侦察、干扰、探测功能信号处理的微系统,并构建多功能应用场景,完成软硬件测试验证。该微系统不仅在体积、重量、性能、集成度等方面具有一定优越性,而且大大简化了信号处理系统的复杂电路设计,更便于系统的标准化、通用化和软件化,具有较大的应用前景。

关键词：多功能微系统异质异构三维堆叠侦干探一体化

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基于子阵波束设计的空时二维杂波抑制方法

雷达学报 2024年

作者：万福海许京伟廖桂生王伟伟西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室中国空间技术研究院西安分院

机载雷达接收端采用子阵处理时面临栅瓣杂波导致的复杂空时耦合分布，使主瓣波束方向存在多个由栅瓣杂波导致的检测性能凹口，目标检测性能恶化严重。针对此问题，该文首先分析了子阵处理中栅瓣杂波空时谱分布特性，并在此基础上提出了... 详细信息

机载雷达接收端采用子阵处理时面临栅瓣杂波导致的复杂空时耦合分布，使主瓣波束方向存在多个由栅瓣杂波导致的检测性能凹口，目标检测性能恶化严重。针对此问题，该文首先分析了子阵处理中栅瓣杂波空时谱分布特性，并在此基础上提出了基于接收子阵波束设计的空时二维杂波抑制方法。该方法采用重叠子阵构型方案，通过子阵方向图设计形成在子阵间栅瓣区域处的宽凹口，实现对子阵间栅瓣区域杂波的预滤波。进一步构建子阵级空时处理器，由于栅瓣杂波已经在子阵内完成预滤波，避免了栅瓣杂波在空时二维平面上的耦合扩散，从而提高了杂波抑制和动目标检测性能。仿真结果表明，所提方法显著改善了栅瓣杂波区的输出信杂噪比损失性能。

关键词：空时自适应处理重叠子阵栅瓣杂波抑制子阵方向图预滤波

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存在幅相误差时二维稳健超分辨测角算法

西安电子科技大学学报 2024年第3期51卷 55-62页

作者：刘敏提曾操胡树林陈建忠李军李世东廖桂生西安电子科技大学雷达信号处理全国重点实验室陕西西安710071

针对4D车载毫米波雷达在俯仰与方位维角度分辨力较低、阵列存在幅相误差时测角有偏的问题,提出一种基于快速稀疏贝叶斯学习的稳健二维超分辨测角方法。首先,利用空域稀疏性特点,对角度域空间进行栅格划分,构建了存在幅相误差时的二维超... 详细信息

针对4D车载毫米波雷达在俯仰与方位维角度分辨力较低、阵列存在幅相误差时测角有偏的问题,提出一种基于快速稀疏贝叶斯学习的稳健二维超分辨测角方法。首先,利用空域稀疏性特点,对角度域空间进行栅格划分,构建了存在幅相误差时的二维超分辨测角信号模型;然后,通过固定点更新的MacKay SBL重构算法实现了多个邻近目标二维角度估计,并利用基于向量点乘的自校正算法对相位误差进行估计,以对有偏的角度估计进行修正;最后,给出了多输入多输出虚拟阵列下的二维角度估计的克拉美-罗界,并分析了所提算法的计算复杂度。仿真结果表明,在大陆ARS548雷达实际12发16收天线布局下,通过对比6种超分辨测角算法,所提方法在低信噪比、少量快拍下和幅相误差较小时,具有较高的角度分辨力与较低的均方根误差。

关键词：超分辨多输入多输出阵列毫米波雷达贝叶斯学习幅相误差

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一种基于模糊融合规则的CFAR检测器

现代雷达 2024年第2期46卷 78-85页

作者：张正文熊小泽廖桂生巩朋成朱鑫潮湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室陕西西安710071 武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205

针对单元平均恒虚警检测器(CA-CFAR)在多目标干扰和杂波边缘效应下的性能局限,提出了基于子参考窗口中最小选择单元的恒定虚警检测器(MCA-CFAR)。通过选择子参考单元中的最小单元格,显著提升了检测器的性能,并在瑞利分布背景下详细推导... 详细信息

针对单元平均恒虚警检测器(CA-CFAR)在多目标干扰和杂波边缘效应下的性能局限,提出了基于子参考窗口中最小选择单元的恒定虚警检测器(MCA-CFAR)。通过选择子参考单元中的最小单元格,显著提升了检测器的性能,并在瑞利分布背景下详细推导了检测概率、虚警率和检测阈值。为进一步优化性能,设计了模糊逻辑融合检测器(FUMCA-CFAR),它利用两个传感器计算空间隶属函数值,并通过代数和、代数积、MAX、MIN四种规则进行融合,实现了平滑输出,减少了目标信息的丢失。仿真实验表明,基于代数和融合的FUMCA-CFAR检测器在均匀和非均匀背景下均展现出优异的检测性能和抗干扰能力。

关键词：单元平均恒虚警检测器杂波边缘效应模糊融合空间隶属函数值

多通道雷达信号高维域解耦分离与目标优化检测理论

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中国科技成果 2024年第13期25卷 6-7页

作者：朱圣棋郑纪彬刘军高卫峰廖桂生无不详西安电子科技大学西安电子科技大学科研院

随着空天武器装备的大量应用,空天威胁已成为危害国家安全的首要威胁,空天制权已成为当今世界各强国抢占和控制的战略制高点.本项目面向增强空天力量、抢占空天制权的国家重大战略需求,在国家自然科学基金创新研究群体项目、国家自然科... 详细信息

随着空天武器装备的大量应用,空天威胁已成为危害国家安全的首要威胁,空天制权已成为当今世界各强国抢占和控制的战略制高点.本项目面向增强空天力量、抢占空天制权的国家重大战略需求,在国家自然科学基金创新研究群体项目、国家自然科学基金重点项目.

关键词：重点项目国家自然科学基金危害国家安全国家重大战略创新研究群体战略制高点雷达信号优化检测

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麦克风阵列鲁棒频率不变波束形成算法

计算机仿真 2024年第2期41卷 241-248,486页

作者：张正文张振平廖桂生巩朋成湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068 西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室陕西西安710071 武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205

在实际应用中,频率不变波束形成器通常受到麦克风阵列失配误差的影响,因此提高频率不变波束形成器的鲁棒性具有重要意义。针对上述问题提出了一种约束优化模型,可以在保持频率不变波束形成的同时提高阵列的鲁棒性。首先设计目标波束图,... 详细信息

在实际应用中,频率不变波束形成器通常受到麦克风阵列失配误差的影响,因此提高频率不变波束形成器的鲁棒性具有重要意义。针对上述问题提出了一种约束优化模型,可以在保持频率不变波束形成的同时提高阵列的鲁棒性。首先设计目标波束图,考虑到差分麦克风阵列本身具有频率不变的波束图,选用传统二阶超心型差分麦克风波束图做为目标波束图。上述模型以麦克风阵列权矢量的二范数作为目标函数来最大化鲁棒性,在无失真约束,目标波束主瓣逼近约束以及旁瓣增益精准控制约束下实现频率不变。然后在交替方向乘子法算法框架下,将优化问题分解为多个优化子问题求解,然后对每个优化子问题分别求解,通过仿真验证了在交替方向乘子法算法下上述模型的可行性与有效性,最终达到了麦克风阵列鲁棒频率不变波束响应的效果。

关键词：麦克风阵列频率不变波束形成交替方向乘子法

联合协方差矩阵重构和ADMM的鲁棒波束形成

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哈尔滨工业大学学报 2023年第4期55卷 64-71页

作者：王兆彬巩朋成邓薇廖桂生太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室(湖北工业大学) 武汉430068 智能机器人湖北省重点实验室(武汉工程大学) 武汉430205 雷达信号处理国家重点实验室(西安电子科技大学) 西安710071

为解决传统波束形成器在干扰位置发生扰动和导向矢量失配时,造成自适应权重的不匹配,从而导致算法性能急剧下降,甚至期望信号相消的问题,提出一种联合协方差矩阵重构和交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM... 详细信息

为解决传统波束形成器在干扰位置发生扰动和导向矢量失配时,造成自适应权重的不匹配,从而导致算法性能急剧下降,甚至期望信号相消的问题,提出一种联合协方差矩阵重构和交替方向乘子法(Alternating direction method of multipliers,ADMM)的鲁棒波束形成方法。对此,首先基于波束形成器最大输出功率准则,设计了求解最优导向矢量的优化模型。接着,根据Capon算法空间功率谱函数,利用定义的干扰范围对协方差矩阵进行重构,以展宽零陷并增强系统抗运动干扰能力。最后,关于导向矢量的二次不等式约束问题,本质为估计导向矢量和期望导向矢量间的差异,该方法利用ADMM对该二次规划问题进行迭代求解,并在每次迭代中获得导向矢量的具体解。另外,也分析了算法的复杂度。实验结果表明:对比现有的波束形成算法,在干扰处加宽了零陷,提高了波束的抗干扰性;结合复杂度也证明了其计算速度优于现有的算法,并且能够很好地校正失配导向矢量。本方法也为求解二次不等式约束问题和提高波束形成算法性能提供了一种思路和途径。

关键词：波束形成协方差矩阵重构零陷展宽二次约束交替方向乘子法