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基于稀疏恢复的调频引信抗扫频干扰方法

兵工学报 2024年第6期45卷 2044-2053页

作者：杨瑾郝新红乔彩霞陈齐乐北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081 北京无线电计量测试研究所北京100081

针对连续波调频引信在扫频式干扰作用下的早炸或者瞎火问题,提出基于时域干扰剔除及信号稀疏重构的抗干扰方法。通过时域异常值检测定位干扰位置和持续时间,并剔除异常数据抑制干扰对引信的影响;进一步地针对干扰剔除引起的信号时域稀疏... 详细信息

针对连续波调频引信在扫频式干扰作用下的早炸或者瞎火问题,提出基于时域干扰剔除及信号稀疏重构的抗干扰方法。通过时域异常值检测定位干扰位置和持续时间,并剔除异常数据抑制干扰对引信的影响;进一步地针对干扰剔除引起的信号时域稀疏,建立基于稀疏正则项的差频信号重构优化方程,并提出基于交替方向乘子法的迭代重构算法;通过仿真和实测数据验证方法的性能。研究结果表明:该方法能够在信噪比-15 dB,置零样本率不高于70%的情况下,抑制扫频干扰的影响,准确实现目标距离-速度信息的获取,提高了调频引信抗扫频干扰能力。

关键词：稀疏恢复扫频干扰调频引信交替方向乘子法

基于矩阵填充的随机步进频雷达高分辨距离-多普勒谱稀疏恢复方法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 200-214页

作者：胡雪瑶梁灿卢珊珊王在洋郑乐李阳北京理工大学信息与电子学院雷达技术研究所北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 CEMEE国家重点实验室电磁感知研究中心北京100081 西安电子工程研究所西安710100

随机步进频雷达通过合成大带宽,能在较低硬件复杂度下获得距离高分辨效果,同时由于其每个脉冲的载频随机捷变,因而具有强的抗干扰、电磁兼容能力,在复杂电磁环境高精度探测领域具有重要的应用价值。然而,由于其波形在时频域稀疏的感知形... 详细信息

随机步进频雷达通过合成大带宽,能在较低硬件复杂度下获得距离高分辨效果,同时由于其每个脉冲的载频随机捷变,因而具有强的抗干扰、电磁兼容能力,在复杂电磁环境高精度探测领域具有重要的应用价值。然而,由于其波形在时频域稀疏的感知形式,造成回波相参信息有所缺失,因而传统匹配滤波方法在估计高分辨距离-多普勒时会演化为欠定估计,导致估计谱中产生起伏高旁瓣,严重影响探测性能。为此,该文提出一种基于Hankel重构矩阵填充的随机步进频雷达高分辨距离-多普勒谱低旁瓣稀疏恢复方法。该方法采用低秩矩阵填充思想补全波形在时频域稀疏感知时造成的缺失采样,恢复目标连续相参信息,可以有效解决欠定估计问题。文章首先构建了随机步进频雷达的慢时间-载频(时-频)回波欠采样数据矩阵;然后,重构待恢复数据矩阵为双重Hankel型,并分析证明了矩阵满足低秩先验特性;最后,利用ADMM算法补全未采样时频数据,恢复相参信息,保证了高分辨距离-多普勒谱低旁瓣稀疏恢复。仿真和实测试验证明了该文所提方法的有效性和优越性。

关键词：随机步进频相参处理高旁瓣稀疏恢复矩阵填充

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基于自适应字典校正的稀疏恢复STAP算法

信号处理 2024年第3期40卷 492-502页

作者：高志奇赵彩梅黄平平徐伟谭维贤内蒙古工业大学信息工程学院内蒙古呼和浩特010051 内蒙古自治区雷达技术与应用重点实验室内蒙古呼和浩特010051

空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)技术在时间维(脉冲维)和空间维(阵元维)联合进行信号处理,以实现动目标检测功能。但是,传统STAP技术的计算复杂度非常高,而且在优化处理信号过程中需要大样本的支撑,在实际的工作... 详细信息

空时自适应处理(Space-Time Adaptive Processing,STAP)技术在时间维(脉冲维)和空间维(阵元维)联合进行信号处理,以实现动目标检测功能。但是,传统STAP技术的计算复杂度非常高,而且在优化处理信号过程中需要大样本的支撑,在实际的工作场景中,杂波环境复杂易变,不易获取足够多的独立同分布样本,因此杂波抑制效果较差。稀疏恢复空时自适应处理(Sparse Recovery Space-Time Adaptive Processing,SR-STAP)算法可以利用很少的训练样本实现杂波抑制,但大多数SR-STAP算法的计算量巨大,运行速度慢,算法实时性不高。此外,SRSTAP算法需要对连续空时二维平面进行离散化处理,将空时二维平面划分为很多细小的网格,由于真实的杂波在空时平面上是连续分布的,同时考虑雷达接收信号中噪声、系统参数误差等因素的影响,真实杂波点与离散化网格点之间一定存在着偏差,会造成网格失配现象,导致SR-STAP算法杂波抑制性能下降。针对此问题,本文提出了基于自适应字典校正的稀疏恢复STAP算法。该算法首先通过子空间投影法筛选出与杂波最相关的原子;然后围绕选定原子由粗到细进行自适应局部网格划分,按照局部网格迭代选优准则,不断调整选择局域内的最优原子,直到满足迭代终止条件,以匹配真实的杂波点;最后利用选定的最优原子对应的空时导向矢量构造杂波子空间,更新噪声子空间上与杂波子空间正交的投影矩阵得到STAP权值。仿真实验表明,所提算法与传统SR-STAP算法相比,具有更高的稀疏恢复精度,更快的运行速度,改善了STAP性能。

关键词：空时自适应处理网格失配局部划分稀疏恢复

基于可解释深度卷积网络的空时自适应处理方法

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雷达学报 2024年

作者：廖志鹏段克清何锦浚邱梓洲王永良中山大学电子与通信工程学院空军预警学院

在实际应用中，空时自适应处理(STAP)算法的性能受限于足够多独立同分布(IID)样本的获取。然而，目前可有效减少IID样本需求的算法仍面临一些问题。针对这些问题，该文融合数据驱动和模型驱动思想，构建了具有明确数学含义的多模块深度... 详细信息

在实际应用中，空时自适应处理(STAP)算法的性能受限于足够多独立同分布(IID)样本的获取。然而，目前可有效减少IID样本需求的算法仍面临一些问题。针对这些问题，该文融合数据驱动和模型驱动思想，构建了具有明确数学含义的多模块深度卷积神经网络(MDCNN)，实现了小样本条件下对杂波协方差矩阵快速、准确、稳定估计。所构建MDCNN网络由映射模块、数据模块、先验模块和超参数模块组成。其中，前后端映射模块分别对应数据的预处理和后处理；单组数据模块和先验模块共同完成一次迭代优化，网络主体由多组数据模块和先验模块构成，可实现多次等效迭代优化；超参数模块则用来调整等效迭代中可训练参数。上述子模块均具有明确数学表述和物理含义，因此所构造网络具有良好的可解释性。实测数据处理结果表明，在实际非均匀杂波环境下该文所提方法杂波抑制性能优于现有典型小样本STAP方法，且运算时间较后者大幅降低。

关键词：多模块深度卷积神经网络(MDCNN) 空时自适应处理(STAP) 稀疏恢复非均匀杂波杂波抑制

基于三维原子范数的机载MIMO雷达STAP算法

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雷达科学与技术 2024年第2期22卷 218-225,230页

作者：来燃李港董子正王穗章涛中国民航大学天津市智能信号与图像处理重点实验室天津300300 北京飞机维修工程有限公司天津分公司天津300300

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)使用稀疏恢复技术时存在的格点失配问题,提出了一种基于三维原子范数的机载MIMO雷达STAP算法。该方法利用杂波空时谱在角度-多普勒域上固有的稀疏性,根据低秩矩阵恢复理论构造了基... 详细信息

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)使用稀疏恢复技术时存在的格点失配问题,提出了一种基于三维原子范数的机载MIMO雷达STAP算法。该方法利用杂波空时谱在角度-多普勒域上固有的稀疏性,根据低秩矩阵恢复理论构造了基于三维连续原子集的MIMO雷达杂波信号稀疏恢复模型,避免了稀疏恢复中的格点失配问题,实现了杂波空时谱的高分辨率估计,有效提高了机载MIMO雷达STAP杂波抑制性能。仿真实验表明,本文方法在存在格点失配情况下的MIMO雷达STAP处理性能优于已有的基于字典网格的稀疏恢复方法和二维原子范数方法。

关键词：机载MIMO雷达空时自适应处理稀疏恢复格点失配原子范数

降维STAP中稀疏恢复的角度多普勒通道选择方法

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电子科技大学学报 2022年第4期51卷 506-513页

作者：史靖希程子扬何子述张伟陆晓莹电子科技大学信息与通信工程学院成都611731

在机载雷达信号处理中,高强度的地杂波严重影响信号检测性能,而空时自适应处理(STAP)是一种有效抑制杂波的技术。实际处理中,由于杂波的非均匀性,空时自适应处理往往面临着可用有效样本数较少的问题,同时机载雷达处理的信号维度极为庞... 详细信息

在机载雷达信号处理中,高强度的地杂波严重影响信号检测性能,而空时自适应处理(STAP)是一种有效抑制杂波的技术。实际处理中,由于杂波的非均匀性,空时自适应处理往往面临着可用有效样本数较少的问题,同时机载雷达处理的信号维度极为庞大。为了解决这些问题,提出了一种基于稀疏恢复的降维STAP通道选择方法。利用少量样本通过稀疏恢复的方法估计出全维度的杂波协方差矩阵(CCM),并以此为依据评估各个通道的重要性,选择合适的通道构造出降维后的杂波协方差矩阵并进行STAP处理,解决了有效样本较少的问题,同时保证了降维算法的性能。数值仿真验证了算法有效且比典型的稀疏STAP算法效果更好,讨论了在不同样本数下,输出性能与通道数的关系,结论具有工程应用意义。

关键词：机载雷达通道选择空时自适应处理稀疏恢复

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基于压缩感知的故障单元校正方法

长江信息通信 2024年第6期 12-15页

作者：江天栋李宇航汪昭宇水电工程智能视觉监测湖北省重点实验室(三峡大学) 三峡大学计算机与信息学院

针对目前阵列失效元件的故障校正方法中，随着阵元数的增加而导致的采样数量大，诊断时间长，计算复杂度高的问题，文章提出了一种基于压缩感知理论的故障单元校正方法。首先利用一组正常工作的阵列中单元发生故障是少数的这一特性，用... 详细信息

针对目前阵列失效元件的故障校正方法中，随着阵元数的增加而导致的采样数量大，诊断时间长，计算复杂度高的问题，文章提出了一种基于压缩感知理论的故障单元校正方法。首先利用一组正常工作的阵列中单元发生故障是少数的这一特性，用无故障(完好)阵列和实际阵列的激励的差值构造出压缩感知理论的前提条件即信号的稀疏性，然后通过随机亚采样方式获取远场差异性方向图的少量数据并构造出测量矩阵，结合凸优化算法对稀疏信号进行精确重构，进而实现了对故障单元的诊断，随后并与粒子群智能优化算法进行校正对比，仿真结果表明，该文所提方法明显减少了采样数量，校正后的方向图与粒子群算法在经典阵列性能参数进行了比较，达到了令人满意的水平，验证了本文方法的有效性。

关键词：压缩感知稀疏恢复故障校正粒子群算法凸优化算法

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端射阵机载雷达稀疏恢复非平稳杂波抑制方法

现代雷达 2023年第2期45卷 52-59页

作者：侯铭谢文冲空军预警学院雷达兵器运用工程军队重点实验室湖北武汉430019

针对端射阵机载雷达杂波谱存在的距离非平稳问题,提出了一种基于稀疏恢复的距离模糊杂波抑制方法。该方法首先通过稀疏恢复理论建立杂波回波数据的欠定方程,并结合欠定系统局灶解法求得杂波的空时谱分布,重构出每个距离门的杂波协方差矩... 详细信息

针对端射阵机载雷达杂波谱存在的距离非平稳问题,提出了一种基于稀疏恢复的距离模糊杂波抑制方法。该方法首先通过稀疏恢复理论建立杂波回波数据的欠定方程,并结合欠定系统局灶解法求得杂波的空时谱分布,重构出每个距离门的杂波协方差矩阵;然后,以最远可检测距离单元为参考单元对杂波数据进行补偿,并进行目标约束;最后,基于补偿后的数据进行空时自适应杂波抑制处理。与传统端射阵距离模糊杂波谱补偿方法相比,该方法的杂波协方差矩阵估计精度高,杂波抑制性能更优。理论分析和仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：机载雷达端射阵杂波抑制稀疏恢复

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一种改进的稀疏恢复直接数据域STAP方法

信号处理 2023年第6期39卷 1060-1069页

作者：高志奇王雪香黄平平徐伟谭维贤内蒙古工业大学信息工程学院内蒙古呼和浩特010080 内蒙古自治区雷达技术与应用重点实验室内蒙古呼和浩特010051

稀疏恢复空时自适应处理(Sparse Recovery Space-Time Adaptive Processing, SR-STAP)方法可以利用少量训练快拍数据估计出较为准确的杂波协方差矩阵(Clutter Covariance Matrix, CCM)。然而,复杂的杂波环境对运动目标的检测不利。为了... 详细信息

稀疏恢复空时自适应处理(Sparse Recovery Space-Time Adaptive Processing, SR-STAP)方法可以利用少量训练快拍数据估计出较为准确的杂波协方差矩阵(Clutter Covariance Matrix, CCM)。然而,复杂的杂波环境对运动目标的检测不利。为了改善检测性能,本文提出了一种改进的稀疏恢复直接数据域(Direct Data Domain, D3)STAP方法。首先构造待检测快拍数据对应的全局空时导向字典,对雷达检测回波数据进行稀疏恢复得到稀疏向量,然后根据先验知识从稀疏向量中挑选出杂波和目标元素,实现二者的分离,最后对目标和杂波进行功率谱估计和滤波处理。实验表明,本文所提方法可以在只有一个检测样本的条件下分离目标和杂波,避免杂波分布的非均匀性问题,提高运动目标的检测性能。

关键词：空时自适应处理直接数据域稀疏恢复运动目标检测