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基于多普勒扩展补偿的fda-mimo雷达运动目标检测

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雷达学报（中英文） 2022年第4期11卷 666-675页

作者：张顺生刘美慧王文钦电子科技大学电子科学技术研究院成都611731 电子科技大学信息与通信工程学院成都611731

频控阵-多输入多输出(fda-mimo)雷达在检测运动目标时,由于发射阵元间的频率偏移与目标的速度耦合,因此在慢时间维出现严重的多普勒扩展,进一步造成各接收通道的信号能量无法相干累积,极大降低了系统的检测性能。针对此问题,该文提出一... 详细信息

频控阵-多输入多输出(fda-mimo)雷达在检测运动目标时,由于发射阵元间的频率偏移与目标的速度耦合,因此在慢时间维出现严重的多普勒扩展,进一步造成各接收通道的信号能量无法相干累积,极大降低了系统的检测性能。针对此问题,该文提出一种基于多普勒扩展补偿的fda-mimo雷达运动目标检测算法。首先建立了fda-mimo雷达运动目标的回波模型,分析了频偏带来的多普勒扩展问题;然后在给出最大似然接收机模型的基础上,提出一种基于插值滤波的重采样算法来补偿fda-mimo雷达在检测运动目标时引起的多普勒扩展。仿真结果表明:该文所提算法在抑制多普勒扩展的同时,能够补偿子目标回波在距离维的跨单元走动,实现信号能量的相参累积。

关键词： fda-mimo雷达运动目标检测重采样插值滤波多普勒扩展

基于深度学习的fda-mimo雷达协方差矩阵缺失数据恢复方法

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雷达学报（中英文） 2023年第5期12卷 1112-1124页

作者：丁梓航谢军伟王博空军工程大学防空反导学院西安710051 空军工程大学空管领航学院西安710051

频控阵-多输入多输出(fda-mimo)雷达通过波束形成技术实现抗干扰的研究已经十分丰富。然而,在实际工作中,受元器件老化和存储设备容量等硬件因素的影响,计算得到的信号协方差矩阵可能会出现数据缺失的情况。为了克服协方差矩阵数据缺失... 详细信息

频控阵-多输入多输出(fda-mimo)雷达通过波束形成技术实现抗干扰的研究已经十分丰富。然而,在实际工作中,受元器件老化和存储设备容量等硬件因素的影响,计算得到的信号协方差矩阵可能会出现数据缺失的情况。为了克服协方差矩阵数据缺失对波束形成算法性能的影响,该文提出了一种基于深度学习的fda-mimo雷达协方差矩阵数据恢复方法,并建立了协方差矩阵恢复-自适应波束形成的两阶段处理框架;提出了一种双通道生成对抗网络(GAN)来解决矩阵数据恢复问题,该网络主要由鉴别器(D)和生成器(G)两部分组成:生成器主要功能是输出完整的矩阵数据,鉴别器则是判别数据为真实数据还是填补数据。整个网络通过鉴别器和生成器之间相互对抗使生成器生成样本接近于真实数据的分布,从而实现对协方差矩阵缺失数据的恢复。此外,考虑到协方差矩阵数据为复数,分别构造两个独立的GAN网络以满足矩阵数据实部和虚部的训练。最后,数值实验结果表明,协方差矩阵真实数据与恢复后的数据平均均方根误差仅为0.01量级,验证了所提方法能够有效恢复协方差矩阵的缺失数据。

关键词：数据恢复生成对抗网络 fda-mimo雷达深度学习波束形成

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fda-mimo雷达运动目标检测方法研究

FDA-MIMO雷达运动目标检测方法研究

作者：万伟涛电子科技大学

学位级别：硕士

频控阵(Frequency Diverse Array,fda)是指在相控阵(Phased Array,PA)的基础上,在相邻阵元之间引入一个频率增量,这使得其波束携带了距离信息。将fda雷达与多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,mimo)技术相结合,就形成了fda-M... 详细信息

频控阵(Frequency Diverse Array,fda)是指在相控阵(Phased Array,PA)的基础上,在相邻阵元之间引入一个频率增量,这使得其波束携带了距离信息。将fda雷达与多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,mimo)技术相结合,就形成了fda-mimo雷达的概念。运动目标检测一直都是雷达领域研究的重点。因此,本文围绕这一问题,从常速运动目标检测、高速目标检测以及目标速度解模糊方法等方面展开研究,主要内容总结如下:(1)推导了基于fda-mimo雷达的发射信号模型和回波信号模型,并将其和常规的波形分集的mimo雷达进行对比,分析了它们之间的差异。(2)在忽略频率增量对信号多普勒频移影响的前提下,研究了基于fda-mimo雷达的常速运动目标检测方法。推导了有无辅助数据条件下广义似然比检测器,并实现了运动目标初始距离、速度和方位角的估计。仿真结果表明:有辅助数据的目标检测和参数估计性能通常要优于无辅助数据的情况。(3)研究了基于fda-mimo雷达的高速运动目标检测方法。利用Keystone变换进行距离徙动校正后,为降低频率增量对信号多普勒频移的影响,提出了一种时域重采样结合广义似然比的方法,实现了高速运动目标的检测和参数估计。另外,针对高斯白噪声背景,提出了一种基于速度搜索的广义似然比检测方法。计算机仿真验证了所提方法的有效性。(4)针对高斯白噪声背景下目标高速运动引起的多普勒模糊问题,分别提出了直接搜索算法和快速解模糊算法。不同于传统雷达的解模糊算法,这些算法均不要求fda-mimo雷达发射不同脉冲重复频率的信号,只是利用了fda-mimo雷达发射多载频信号的特征。仿真结果表明:当信噪比较高时,快速解模糊算法可以达到与计算量较高的直接搜索算法几乎一致的性能。

关键词：频控阵 fda-mimo雷达运动目标检测广义似然比速度解模糊

fda-mimo雷达目标距离、角度及未知互耦参数估计

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系统工程与电子技术 2021年第10期43卷 2797-2802页

作者：乔理扬崔忠马杨赟秀舒勤四川大学电气工程学院四川成都610065 北京遥感设备研究所北京100854 西南技术物理研究所四川成都610045

针对频控阵多输入多输(frequency diverse array multiple input multiple output,fda-mimo)雷达阵列间存在未知互耦合情况的参数估计问题,提出一种基于数据转换的二维多重信号分类方法。首先,构造了存在未知互耦合影响的接收信号模型... 详细信息

针对频控阵多输入多输(frequency diverse array multiple input multiple output,fda-mimo)雷达阵列间存在未知互耦合情况的参数估计问题,提出一种基于数据转换的二维多重信号分类方法。首先,构造了存在未知互耦合影响的接收信号模型。然后,通过子空间分解的方法得到用于参数估计的谱函数,并且采用数据转换的方法来解决谱函数由于未知耦合矩阵存在而失真的问题。最后,利用得到的目标距离和角度参数的估计值,通过类似线性约束最小方差重构优化问题,估计出耦合系数矩阵。仿真结果验证了所提方法的有效性,能准确估计阵列间存在未知互耦合效应时的参数和互耦合系数。

关键词： fda-mimo雷达未知互耦合距离、角度估计

基于fda-mimo雷达低空多路径目标检测

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桂林电子科技大学学报 2022年第2期42卷 95-99页

作者：巨丹静邓洪高刘庆华孙少帅李哲桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541004 石家庄锐创电子科技有限公司石家庄050000

针对由多径回波的不稳定性导致的检测性能降低的问题,提出了一种基于fda-mimo雷达低空目标检测方法。建立多径环境下fda-mimo雷达的信号发射接收模型,并将经典的Swerling2目标起伏模型推广应用于低空目标检测,采用广义似然比检测方法对... 详细信息

针对由多径回波的不稳定性导致的检测性能降低的问题,提出了一种基于fda-mimo雷达低空目标检测方法。建立多径环境下fda-mimo雷达的信号发射接收模型,并将经典的Swerling2目标起伏模型推广应用于低空目标检测,采用广义似然比检测方法对目标进行检测。通过与传统的mimo雷达和fda雷达体制下检测方法对比,验证了该方法的可行性。

关键词：多路径效应低空目标 fda-mimo雷达广义似然比检测

fda-mimo雷达非自适应波束形成抗主瓣欺骗式干扰研究

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信号处理 2019年第6期35卷 944-950页

作者：兰岚廖桂生许京伟黄岩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 东南大学毫米波国家重点实验室江苏南京210096

频率分集阵( frequency diverse array, fda )雷达通过在发射阵元间引入微小的频率步进量,具有额外的距离维可控自由度。通过结合多输入多输出( multiple-input and multiple-output,mimo )技术,可在接收端分离发射波形,并获得距离角度... 详细信息

频率分集阵( frequency diverse array, fda )雷达通过在发射阵元间引入微小的频率步进量,具有额外的距离维可控自由度。通过结合多输入多输出( multiple-input and multiple-output,mimo )技术,可在接收端分离发射波形,并获得距离角度耦合的发射导向矢量,增加了信号处理的灵活性。本文针对主瓣欺骗式干扰抑制问题,在fda-mimo 雷达体制中提出了一种基于非自适应波束形成的抗干扰方法,通过选择合适的频率步进量,使欺骗式假目标位于波束形成方向图的零点,从而实现对其的抑制。仿真实验验证了所提方法的有效性。

关键词： fda-mimo雷达主瓣欺骗式干扰非自适应波束形成频率步进量

未知互耦条件下fda-mimo雷达目标参数估计

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未知互耦条件下FDA-MIMO雷达目标参数估计

作者：乔理扬四川大学

学位级别：硕士

频率分集阵列自2006年被美国学者P.Antonik等人提出便受到学术界的广泛关注。fda通过频率分集技术,在发射阵列的阵元上加载远小于载波频率的频率偏移,使得fda产生距离、角度依赖的波形,回波信号中,包含了目标的距离信息。fda-mimo雷达是... 详细信息

频率分集阵列自2006年被美国学者P.Antonik等人提出便受到学术界的广泛关注。fda通过频率分集技术,在发射阵列的阵元上加载远小于载波频率的频率偏移,使得fda产生距离、角度依赖的波形,回波信号中,包含了目标的距离信息。fda-mimo雷达是fda与mimo技术结合的产物,目标距离、角度参数联合估计是fda-mimo雷达目标定位的关键,但是,阵元间存在的互耦合效应会影响参数估计的准确度,经过良好的阵列校正过程才能获得更优的估计结果。本文将fda-mimo雷达作为研究对象,探究fda-mimo雷达阵元间存在未知互耦合情况的信号模型,深入研究阵列校正和参数估计算法。其主要研究内容如下:首先,根据fda-mimo雷达的组成原理,详细推导了存在阵元间载波频率偏移的fda-mimo雷达通用信号模型和导向矢量表达式。在此基础上,阐述了经典参数估计方法MUSIC算法和ESPRIT算法,介绍了算法的主要原理和计算过程,总结了算法的优势与特征。其次,考虑fda-mimo雷达发射阵列和接收阵列均被未知互耦合效应影响,推导了存在互耦合效应影响的雷达信号模型,然后通过子空间分解的方法得到用于参数估计的MUSIC谱函数,并且采用数据转换的方法来解决谱函数由于未知耦合矩阵存在而失真的问题,最终利用得到的目标距离和角度参数的估计值,通过类似线性约束最小方差重构优化问题,估计出未知互耦合系数。针对MUSIC方法二维谱峰搜索过程计算量巨大的问题,本文提出了降维MUSIC方法估计距离和角度参数。通过转换矩阵与Kronecker积的性质,将二维搜索降为一维,首先估计角度参数,随后,使用角度参数的估计结果,直接得出距离估计的闭式表达式,最后角度和距离的估计值将自动配对。最后,针对fda-mimo雷达角度估计算法主要基于矩阵信号模型,没有充分利用接收信号的多维结构的问题,采用张量工具,构造阵元间存在未知互耦合效应情况下的张量信号模型,根据张量分解原理,采用PARAFAC分解方法和构建选择矩阵进行去耦合处理,实现了参数的联合估计。考虑到PARAFAC分解方法计算复杂度较高且不能估计相干目标参数,提出实值PARAFAC分解方法,对复数张量进行了前后平滑处理,证明了通过实值转化得到的实值张量模型满足PARAFAC分解条件,并且只要分解的唯一性条件得到满足,就可以得到包含目标参数信息的旋转不变因子,通过最小二乘拟合获得目标的距离和角度参数。

关键词： fda-mimo雷达参数估计未知互耦合 MUSIC 降维MUSIC PARAFAC分解实值PARAFAC分解

基于均匀面阵的频控阵mimo雷达无网格参数估计方法

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南京邮电大学学报(自然科学版) 2024年

作者：吴晓欢柳亚鑫南京邮电大学通信与信息工程学院

现有的面阵场景下的频控阵(Frequency Diverse Array， fda) mimo雷达参数估计方法大多需要进行谱峰搜索，因此面临计算复杂度高、估计精度不够准确等困难。针对这一问题，本文提出了一种基于均匀面阵fda-mimo雷达的无网格参数估计方法... 详细信息

现有的面阵场景下的频控阵(Frequency Diverse Array， fda) mimo雷达参数估计方法大多需要进行谱峰搜索，因此面临计算复杂度高、估计精度不够准确等困难。针对这一问题，本文提出了一种基于均匀面阵fda-mimo雷达的无网格参数估计方法。首先推导了角度和距离解耦的均匀面阵fda-mimo雷达模型，其次提出了适用于该模型的基于低秩矩阵重构的优化问题，并推导了基于交替投影的算法实现，以加快计算速度。最后通过仿真实验验证了所提算法在计算复杂度较低的同时具有较高的估计精度。

关键词： fda-mimo雷达均匀面阵低秩矩阵重构交替投影

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基于频控阵二维空域滤波的干扰抑制方法

航天电子对抗 2024年第2期40卷 23-27,64页

作者：王忠涵汤永浩郝栓柱高杰李逸桐中国航天科工集团8511研究所江苏南京210007

频率分集阵列(fda)因其可提供距离维自由度而吸引了广大学者的注意。基于fda的mimo雷达可实现比传统阵列雷达更好的目标参数估计能力。然而,当fda-mimo雷达受到主瓣欺骗式干扰时,系统的目标探测、参数估计能力将严重下降,甚至无法检测... 详细信息

频率分集阵列(fda)因其可提供距离维自由度而吸引了广大学者的注意。基于fda的mimo雷达可实现比传统阵列雷达更好的目标参数估计能力。然而,当fda-mimo雷达受到主瓣欺骗式干扰时,系统的目标探测、参数估计能力将严重下降,甚至无法检测出目标。传统抗干扰方法无法有效抑制主瓣欺骗式干扰。对此,设计了一种基于混沌序列载波频偏的二维空域滤波器,可在抑制主瓣干扰的同时有效保留目标信号。数值仿真实验验证了所提方法的可行性与有效性。对比了基于对数载波频偏的二维空域滤波器,对比仿真结果表明基于混沌序列的方法可以在抑制干扰的同时更好地保留目标信息。

关键词： fda-mimo雷达主瓣欺骗式干扰干扰抑制二维空域滤波