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基于功率谱流形的信息几何DP-TBD算法

电子学报 2024年第1期52卷 193-200页

作者：吴昊程永强杨政黎湘王宏强国防科技大学电子科学学院湖南长沙410079

针对复杂杂波背景下目标信杂比起伏而导致的漏检问题,本文结合信息几何检测器的性能优势与动态规划检测前跟踪(Dynamic Programming Track Before Detect,DP-TBD)的多帧信息积累能力,提出了基于功率谱流形的信息几何DP-TBD算法.该算法... 详细信息

针对复杂杂波背景下目标信杂比起伏而导致的漏检问题,本文结合信息几何检测器的性能优势与动态规划检测前跟踪(Dynamic Programming Track Before Detect,DP-TBD)的多帧信息积累能力,提出了基于功率谱流形的信息几何DP-TBD算法.该算法利用功率谱流形与矩阵流形对偶关系,设计了功率谱信息几何检测器,将信息几何检测器的计算复杂度降低了近两个数量级.通过实测数据实验验证,功率谱DP-TBD算法可实现与矩阵DP-TBD算法相近的检测性能,并将运算时间降低为矩阵DP-TBD算法的3%~8%.此外,相较于信息几何检测器,功率谱DP-TBD可将检测信杂比(Signal-to-Clutter Ratio,SCR)提高2~3 dB.

关键词：雷达目标检测信息几何检测器检测前跟踪功率谱流形动态规划

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特征与度量联合优化信息几何检测器

电子学报 2024年第6期52卷 1977-1988页

作者：吴昊程永强杨政王宏强黎湘国防科技大学电子科学学院湖南长沙410079

目前,信息几何检测器主要采用协方差矩阵特征模型,在矩阵流形上度量待检测单元数据与杂波数据间的差异,以区分目标与杂波,从而实现雷达目标检测.然而,在复杂杂波背景下,雷达回波信号信杂比低,杂波在其中占据主导地位.因此,含有目标回波... 详细信息

目前,信息几何检测器主要采用协方差矩阵特征模型,在矩阵流形上度量待检测单元数据与杂波数据间的差异,以区分目标与杂波,从而实现雷达目标检测.然而,在复杂杂波背景下,雷达回波信号信杂比低,杂波在其中占据主导地位.因此,含有目标回波的雷达回波信号与纯杂波具有统计相似性,该相似性使得二者在矩阵流形上较难区分,从而限制了信息几何检测器的性能优势.为突破特征表示所造成的性能增益限制,本文提出了基于特征与度量联合优化的信息几何检测器.首先设计了特征与度量可调的信息几何检测器灵活框架,并在此基础上基于纽曼-皮尔逊准则建立了特征与度量的联合优化模型,而后利用局部平坦假设与多层感知器,将联合优化模型中的决策变量参数化,并提出了双阶段优化求解方法.基于仿真数据与实测海杂波数据的实验结果表明,该方法检测性能优于现有信息几何检测器等典型目标检测方法,且在目标多普勒接近杂波谱峰时具有较大优势.

关键词：雷达目标检测信息几何检测器特征流形联合优化特征优化度量优化

单光子计数太赫兹雷达直接探测方法与性能研究

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雷达学报（中英文） 2024年第4期13卷 904-916页

作者：刘康武烘萱易俊王宏强罗成高国防科技大学电子科学学院长沙410073 95980部队襄阳441025

针对远距离非合作目标探测,现有太赫兹雷达由于受到发射机功率低、大气衰减效应等因素影响,其作用距离有限,难以满足对目标的预警探测应用需求。为提升太赫兹雷达探测能力,该文研究了基于单光子探测技术的目标超灵敏探测方法,利用单光... 详细信息

针对远距离非合作目标探测,现有太赫兹雷达由于受到发射机功率低、大气衰减效应等因素影响,其作用距离有限,难以满足对目标的预警探测应用需求。为提升太赫兹雷达探测能力,该文研究了基于单光子探测技术的目标超灵敏探测方法,利用单光子探测器替代传统雷达接收机,有望显著提升太赫兹雷达的作用距离。首先,该文分析了太赫兹单光子雷达信号光子数的统计规律,从微观角度阐述了目标的回波特性,进一步,结合超导量子电容探测器的特点,建立了太赫兹单光子目标探测模型;此外,推导得到太赫兹单光子雷达目标检测性能数学表达式,并通过仿真实验对目标检测性能进行了验证和分析,获得了雷达检测性能曲线;最后开展了时间分辨太赫兹光子计数原理验证实验,通过回波脉冲计数的方式实现了目标高精度测距。该文工作将为太赫兹频段超灵敏探测技术及单光子雷达系统的研究与发展提供支撑。

关键词：太赫兹雷达单光子雷达单光子计数探测模型死时间

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分布式相参雷达相参效率及相参景深研究

系统工程与电子技术 2024年第5期46卷 1573-1582页

作者：王元昊王宏强刘兴华曾旸杨琪国防科技大学电子科学学院湖南长沙410073 军事科学院军事科学信息研究中心北京100142 电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室河南洛阳471003

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar,DCAR)所发射信号仅能在感兴趣点处完全相参叠加,在一定发射相参效率约束下,因相参位置失配会出现能量弥散现象。对此,定义“相参景深”用以描述该能量弥散现象,并给出相参景深形成... 详细信息

分布式相参雷达(distributed coherent aperture radar,DCAR)所发射信号仅能在感兴趣点处完全相参叠加,在一定发射相参效率约束下,因相参位置失配会出现能量弥散现象。对此,定义“相参景深”用以描述该能量弥散现象,并给出相参景深形成原因,指出其有界性和周期性特征,分析其影响因素,以具象化和定量化的方式揭示发射相参效率空间分布规律,可有效支撑DCAR发射信号参数和阵列构型选择等工程实践。最后,以多节点单元雷达的DCAR设计仿真实验,证明了所提方法的有效性。

关键词：分布式相参雷达发射相参效率相参景深分布式发射波束形成

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基于极化时变调控表面的有源欺骗干扰辨识方法

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雷达学报（中英文） 2024年第4期13卷 929-940页

作者：陈焱王占领庞晨李永祯王壮国防科技大学电子科学学院电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室长沙410073 国防科技大学电子科学学院自动目标识别全国重点实验室长沙410073

聚焦雷达对抗中极化信息获取与利用的应用需求,该文研究了基于极化时变调控表面的有源欺骗干扰辨识方法。首先,设计了一套在9.6~10.1 GHz频带内支持3 bit相位量化的各向异性相位调制表面,通过优化相位调制编码序列,实现了极化态按需调... 详细信息

聚焦雷达对抗中极化信息获取与利用的应用需求,该文研究了基于极化时变调控表面的有源欺骗干扰辨识方法。首先,设计了一套在9.6~10.1 GHz频带内支持3 bit相位量化的各向异性相位调制表面,通过优化相位调制编码序列,实现了极化态按需调控。然后,将极化调控表面加装在单极化雷达天线上,使天线发射和接收电磁波的极化态沿特定极化轨道变化,通过提取目标与有源欺骗干扰的极化域差异,实现两者辨识。仿真分析表明,在3种不同的极化轨道约束下,干扰与目标均具有显著的聚类效应,可获得稳定的干扰辨识效果。相较于依赖双极化或全极化雷达体制的干扰辨识方法,该文所提方法兼具低成本与高效性,在雷达抗干扰中具有很大的应用潜力。

关键词：极化信息获取与利用相位调制编码极化态按需调控极化时变轨道有源欺骗干扰辨识

基于检测跟踪算法的多分量瞬时频率调频率估计

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系统工程与电子技术 2024年第1期46卷 22-34页

作者：卢杰张文鹏刘永祥杨威国防科技大学电子科学学院湖南长沙410000

作为非平稳信号的重要特征,瞬时频率(instantaneous frequency,IF)和瞬时调频率(instantaneous frequency rate,IFR)的准确估计具有重要意义。现有方法在处理存在时频交叠的多分量非平稳信号时易发生关联错误等问题。短时调频傅里叶变... 详细信息

作为非平稳信号的重要特征,瞬时频率(instantaneous frequency,IF)和瞬时调频率(instantaneous frequency rate,IFR)的准确估计具有重要意义。现有方法在处理存在时频交叠的多分量非平稳信号时易发生关联错误等问题。短时调频傅里叶变换通过将信号在时间频率调频率三维空间中进行表征,使不同分量发生交叠的可能性大幅降低,且基于频率调频率的变化规律可实现分量的时序关联。据此,提出一种基于检测跟踪算法的多分量IF-IFR估计方法。首先,针对传统检测算法在噪声环境下精度不足问题,提出了基于改进YOLOX网络的检测方法,实现了信号瞬时频率调频率的估计和瞬时形状特征的提取。然后,提出基于卡尔曼滤波的瞬时估计值和形状特征时序关联方法,以形成稳定连续的多分量IF和IFR估计。通过仿真及实测实验对所提算法进行了验证,在设置的仿真场景中,-5 dB信噪比条件下最优估计误差小于0.8 Hz,证明了所提方法的有效性。

关键词：非平稳信号检测跟踪瞬时频率瞬时调频率

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基于前后帧关联的多检测伯努利滤波器

信号处理 2024年

作者：沈杏林肖山竹陶华敏张路平胡谋法国防科技大学电子科学学院

伯努利滤波器作为随机有限集（Random Finite Set，RFS）框架下唯一的单目标跟踪滤波器，以其能够传递完整概率密度函数（Probability Density Function，PDF）而在贝叶斯体系内被视为理论上最优的单目标跟踪解决方案。经典伯努利滤波... 详细信息

伯努利滤波器作为随机有限集（Random Finite Set，RFS）框架下唯一的单目标跟踪滤波器，以其能够传递完整概率密度函数（Probability Density Function，PDF）而在贝叶斯体系内被视为理论上最优的单目标跟踪解决方案。经典伯努利滤波器基于的假设是，在每个时刻单个目标最多只能通过观测方程产生一个观测结果。然而，当单个目标形成多个检测结果时，经典伯努利滤波器可能会产生错误的目标状态估计。为了将伯努利滤波器应用于单个目标形成多个检测结果的跟踪场景，学界提出了多种改进型的多检测伯努利滤波器。尽管这些改进型滤波器能有效处理多检测问题，但其在校正步中需要遍历观测集的所有可能子集来计算后验PDF，这不可避免地引入了极高的计算复杂性，限制了它们的实用性。针对多检测伯努利滤波器计算复杂度高的问题，研究人员提出了多种分割算法，通过仅使用部分观测子集而非全部可能子集来计算后验PDF，有效减少了计算需求。然而，当前提出的各种分割算法都仅利用当前时刻的观测集，并未充分利用滤波器递归过程中的运动信息。本文的创新之处在于将视频多目标跟踪领域广泛采用的匈牙利算法引入到贝叶斯体系内的单目标跟踪滤波器，进而提出了一种基于前后帧数据关联的多检测伯努利滤波器以降低滤波器的计算复杂度，实现多检测场景下的单目标快速跟踪。该滤波器利用前一帧的目标状态估计和后一帧的观测集进行关联，根据关联结果选择用于计算校正步的观测集子集。通过巧妙地利用连续帧中包含的动态信息，所提算法能够在校正步计算过程中选择与目标实际观测最接近的子集，在保持滤波器性能基本不变的同时，大幅度减少计算复杂度。基于天波超视距雷达（Over-the-horizon Radar， OTHR）多检测模型的仿真结果表明，与使用所有子集和部分子集的多检测伯努利滤波器相比，本文所提方法在保持性能基本稳定的前提下大幅度减小了计算复杂度。因此，本文所提方法尤其适用于对实时性要求较高的目标跟踪应用。

关键词：伯努利滤波器多检测关联集合

基于船用导航雷达的舰船与角反组合体极化调控鉴别方法

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雷达学报 2024年

作者：祝迪王福来庞晨李永祯国防科技大学电子科学学院电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室国防科技大学电子科学学院

舰船与角反射器的鉴别问题是一项具有挑战性的任务。常用的鉴别方法包括一维距离像、极化分解、极化域变焦等，基本思想均是通过发射大带宽信号提高距离分辨能力，后两种方法利用极化提升了目标鉴别的稳健性。单载频脉冲因距离分辨率低... 详细信息

舰船与角反射器的鉴别问题是一项具有挑战性的任务。常用的鉴别方法包括一维距离像、极化分解、极化域变焦等，基本思想均是通过发射大带宽信号提高距离分辨能力，后两种方法利用极化提升了目标鉴别的稳健性。单载频脉冲因距离分辨率低、脉压增益小，鲜有利用该信号鉴别舰船与角反的有关研究。但得益于较低的硬件成本，这种信号仍广泛应用于船用导航雷达。该文提出了一种基于船用导航雷达的舰船与角反组合体鉴别的极化调控方法，旨在充分挖掘窄带信号联合极化调控技术的目标鉴别潜力，通过构造极化-距离二维像，利用舰船和角反极化散射特性的差异实现鉴别。通过计算各个极化像和距离像之间皮尔逊相关系数的平均值，作为相关特征参数，利用支持向量机实现了目标鉴别。电磁仿真数据表明，在现有导航雷达所需目标探测信噪比(15 dB)和采样率(100 MHz)的基础上，增大设备带宽至信号带宽(2 MHz)的2～6倍，综合鉴别率可达90.18–92.31%。探究了训练集俯仰角、方位角数据缺失50%对鉴别率的影响，4种情况在信噪比15 dB以上时鉴别率均高于85%；同时，在同等的窄带观测条件下对比本方法与极化分解方法的鉴别性能表明，在信噪比为15 dB及以上和6倍设备带宽的情况下，该方法综合鉴别率的平均值提升22.67%，这都充分证明了所提方法的有效性。此外，利用二面角和三面角在暗室构造了极化散射特性存在差异的两种场景，5组实测数据表明，回波信噪比为8～12 dB时，实验结果具有良好的类内聚合性和类间可分性，可作为电磁仿真鉴别结果的有效支撑。

关键词：船用导航雷达单载频脉冲角反组合体鉴别极化调控支持向量机

一种基于天线空域极化特性差异的阵列极化滤波新方法

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系统工程与电子技术 2024年

作者：王奕清王占领周坚庞晨李永祯国防科技大学电子科学学院

极化滤波方法能够在一定程度上有效对抗雷达主瓣干扰，但同时也对系统架构提出了较高要求。针对这一成本矛盾，本文提出了一种基于单极化阵列中阵元空域极化特性差异的极化滤波新方法。该方法从差异机理出发，利用有源单元方向图求解极... 详细信息

极化滤波方法能够在一定程度上有效对抗雷达主瓣干扰，但同时也对系统架构提出了较高要求。针对这一成本矛盾，本文提出了一种基于单极化阵列中阵元空域极化特性差异的极化滤波新方法。该方法从差异机理出发，利用有源单元方向图求解极化方向图综合模型，得到同时多极化波束；对多波束接收信号进行正交极化分解，估计干扰极化参数，在此基础上实现干扰抑制极化滤波。基于阵列天线方向图暗室实测数据开展了仿真实验，结果表明对于来波方向重合的目标和干扰信号，若其极化状态达到一定差异，所提方法能够实现有效的干扰抑制。该方法性价比优势明显，可为单极化阵列雷达系统升级改造提供新思路。

关键词：极化滤波抗主瓣干扰有源单元方向图极化方向图综合