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非理想情况下无人机载雷达稀疏阵列设计与稳健杂波抑制

批准号:
62101207
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
汪小叶
依托单位:
学科分类:
雷达原理与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
汪小叶

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
面向安全威胁监视(边境和海域监视、安防、反恐、大型集会)和环境自适应(全天时、全天候)的需求,发展无人机载雷达是无人机技术发展的迫切需求。充分利用稀疏阵列的虚拟自由度增多和虚拟孔径扩展特性,挖掘其结构灵活、轻重量、低成本、低耗能、低互耦等潜在优势,有利于实现小型化无人机载雷达的高效杂波抑制。针对现有稀疏阵列难以满足无人机载平台需求、载机小平台多非理想因素等问题,本项目拟开展稀疏阵列结构优化设计、稀疏阵列机载雷达杂波谱分析、非理想载机飞行和非理想稀疏阵列结构参数下的稳健杂波抑制方法三个方面的研究。着力设计出无人机载小型化需求和杂波抑制性能联合优化的稀疏阵列;从先验知识、子空间类算法与稀疏性的契合点出发,以提高稳健性为目标,研究载机非理想飞行、稀疏阵列结构非理想条件下的稳健杂波抑制算法。项目的预期研究成果可促进无人机载雷达向“小型化”方向发展,为无人机载雷达运动目标检测和跟踪提供理论支撑。
英文摘要
For security threat monitoring application, such as border and sea area surveillance, security and anti-terrorism, large gathering, and environmental adaptation (all-day, all-weather) requirements, the development of the unmanned-airborne radar is an urgent mission for the development of unmanned aircraft vehicles (UAV). Making full use of the increased virtual degrees of freedom and virtual aperture properties provided by the sparse arrays, we can take its potentials in many aspects, such as flexible structure, low weight, low cost, low power consumption, and low mutual coupling, which will be beneficial for the efficient clutter suppression for the small unmanned-airborne radar. Aiming at the problems of the existing sparse arrays that are difficult to meet the special considerations (low weight, low cost, low power consumption, and low mutual coupling) and many non-ideal factors in the small UAV platform, this project intends to study the optimum design of sparse arrays for the specified unmanned airborne radar, the clutter spectrum distribution analysis, robust clutter suppression method under the non-ideal flight and non-ideal sparse array structure. First, we focus on devising the optimum sparse array structure by optimizing miniaturization requirements and clutter suppression performance. Then, according to the prior-knowledge, the subspace-based method, and the sparsity property, the robust clutter suppression method is developed for the unmanned-airborne radar under the non-ideal flight of the UAV and under the non-ideal sparse array structure parameters, so as to improve the clutter suppression robustness in practical complex applications. The research can make positive contributions for the unmanned airborne development in the direction of miniaturization and provide technical support for the research on moving target detection and tracking of unmanned airborne radars.
如何设计满足实际系统约束的稀疏采样结构是一个富有挑战性且具有工程应用价值的课题,这有助于实现低成本、低复杂度开销的雷达系统和提升信号处理技术的性能。现有绝大部分稀疏采样结构假设了理想的空域和时域采样结构,导致在实际系统应用时不可行或受到限制。因此,根据实际工程应用中具体需求设计的稀疏信号波形成了必然选择。为此,本项目结合经典的稀疏互质结构模型,围绕实际约束条件下的稀疏信号波形设计与优化,稀疏互质采样下的信号处理方法设计展开研究,取得了如下成果:. (1)针对滤波器权矢量方向图稀疏性,设计了两种不同的基于二维傅里叶变换基的辅助角度-多普勒滤波器组,提出了非理想环境下的波束-多普勒降秩STAP方法,理论推导了所提方法目标检测的统计特性。利用滤波器的多级适应选择和稀疏性,避免了杂波功率谱的稀疏恢复存在的计算复杂度高的问题。. (2)针对虚拟等效接收信号模型存在空洞的情况,建立了虚拟域填充协方差矩阵的原子核范数最小化问题,提出了基于填充协方差矩阵和主分量法的STAP方法,有效提升了现有无空洞填充STAP算法的杂波抑制性能。. (3)针对稀疏感知脉冲信号波形的相干处理时间满足固定帧长的情况,设计了基于原型互质结构的时域双互质排布波形、基于模糊函数峰值旁瓣比和积分旁瓣比联合优化的时域随机感知脉冲波形、基于互质子载波分配的稀疏感知信号脉冲波形;提出了下视车辆场景基于稀疏恢复的运动目标检测方法,在一定杂噪比下能够有效地降低稀疏波形引起的目标检测和参数估计性能下降的程度。. (4)针对当前5G新空口(NR)典型的帧结构特性,设计了两种基于双互质脉冲结构的稀疏感知脉冲波形结构,据此推导了等效虚拟感知脉冲波形,提出了基于等效虚拟感知脉冲波形的二维恒虚警目标检测和距离-速度估计方法,有效降低了稀疏波形引起的车辆目标检测和参数估计下降的问题。. 本项目研究成果对稀疏采样设计与雷达信号处理相结合的理论发展具有一定促进作用,为实现低成本、低复杂度开销的雷达系统提供理论支撑,对感知通信一体化降低系统开销具有工程应用价值。
随机有限集框架下粒子流滤波驱动的雷达目标跟踪方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    30.0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    汪小叶
  • 依托单位:
国内基金
海外基金