一种基于非线性调频信号和空域编码的FDA雷达波形设计方法

于雷 何峰 董臻 粟毅 张永胜 吴曼青

于雷, 何峰, 董臻, 等. 一种基于非线性调频信号和空域编码的FDA雷达波形设计方法[J]. 雷达学报, 2021, 10(6): 822–832. doi: 10.12000/JR21008
引用本文: 于雷, 何峰, 董臻, 等. 一种基于非线性调频信号和空域编码的FDA雷达波形设计方法[J]. 雷达学报, 2021, 10(6): 822–832. doi: 10.12000/JR21008
YU Lei, HE Feng, DONG Zhen, et al. A waveform design method based on nonlinear frequency modulation and space-coding for coherent frequency diverse array radar[J]. Journal of Radars, 2021, 10(6): 822–832. doi: 10.12000/JR21008
Citation: YU Lei, HE Feng, DONG Zhen, et al. A waveform design method based on nonlinear frequency modulation and space-coding for coherent frequency diverse array radar[J]. Journal of Radars, 2021, 10(6): 822–832. doi: 10.12000/JR21008

一种基于非线性调频信号和空域编码的FDA雷达波形设计方法

DOI: 10.12000/JR21008
基金项目: 国家自然科学基金(61771478)
详细信息
    作者简介:

    于 雷(1995–),男,吉林延吉人,博士研究生。2013年在大连理工大学电子信息与电气工程学部获得学士学位。2019年在国防科技大学电子科学学院获得硕士学位。主要研究方向为MIMO雷达信号处理、阵列雷达波形分集技术等

    何 峰(1976–),男,湖北孝感人,博士,研究员。2005年在国防科技大学获信息与通信工程博士学位,现担任国防科技大学电子科学学院研究员。主要研究方向为雷达信号处理,目前已发表论文86篇

    董 臻(1973–),男,安徽人,博士,教授。2001年在国防科技大学获信息与通信工程博士学位,现担任国防科技大学电子科学学院教授。主要研究方向为SAR系统设计和信号处理、GMTI和数字波束形成技术

    粟 毅(1961–),男,山东泰安人,博士,教授。2001年在国防科技大学电子科学与工程学院获博士学位。现担任国防科技大学电子科学学院教授、博士生导师,IEEE高级会员。主要研究方向为信号处理、遥感信息处理

    张永胜(1977–),男,内蒙古人,博士,高级工程师。2007年在国防科技大学获信息与通信工程博士学位,现担任国防科技大学电子科学学院高级工程师。主要研究方向为SAR系统设计和信号处理,目前已发表SCI论文24篇

    吴曼青(1965–),男,安徽桐城人,研究员级高级工程师,中国工程院院士。1990年3月毕业于国防科学技术大学电子技术系通信与电子系统专业

    通讯作者:

    何峰 hefeng@nudt.edu.cn

  • 责任主编:朱圣棋 Corresponding Editor: ZHU Shengqi
  • 中图分类号: TN957

A Waveform Design Method Based on Nonlinear Frequency Modulation and Space-coding for Coherent Frequency Diverse Array Radar

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61771478)
More Information
  • 摘要: 频率分集阵列(FDA)雷达通过在不同发射阵元间引入微小的载频增量,实现发射方向图在脉冲持续时间内对大尺度空域的均匀连续扫描。然而FDA雷达方向图主瓣的扫描特性,使得其在一个方位角度位置的波束驻留时间缩短,积累带宽减小,从而降低其距离分辨率。针对上述问题该文提出了一种空时域联合的FDA雷达波形设计方法,通过引入阵元间的空域相位编码显著改善了相干FDA雷达的距离分辨率,同时在时域设计一种非线性调频波形获得了更低的距离旁瓣。该文从理论上分析了该方法的有效性,并通过仿真实验证明了该波形设计方法同时具有距离向高分辨和低峰值旁瓣比的优势,具有更好的一维距离向成像性能,并分析了其对高速运动目标的观测能力。

     

  • 图  1  角度-时间发射方向图对比

    Figure  1.  The comparison of time-angle transmit beampatterns

    图  2  极坐标下脉冲持续时间内不同瞬时时刻FDA雷达的波束指向

    Figure  2.  Beam pointing of FDA radar at different instances within pulse in polar coordinates

    图  3  相干FDA雷达(蓝色)和相控阵雷达(红色)的时频关系曲线

    Figure  3.  The time-frequency relationship of the coherent FDA radar (blue) and the phased array radar (red)

    图  4  正切调频与LFM信号的频谱形状与距离自相关函数对比

    Figure  4.  The comparisons of spectrum shape and range auto-correlation function between Tangent FM and LFM signals

    图  5  空域相位编码前后的阵列方向图和接收信号带宽对比

    Figure  5.  The comparisons of the array beampattern and the received signal spectrum before and after hybrid coding

    图  6  距离-多普勒模糊函数

    Figure  6.  Range-Doppler ambiguity function

    图  7  角度-角度模糊函数

    Figure  7.  Angle-angle ambiguity function

    图  8  距离-角度模糊函数

    Figure  8.  Range-angle ambiguity function

    图  9  脉压性能指标随$\alpha $的变化曲线

    Figure  9.  The variation curves of pulse compression performance indexes changing with $\alpha $

    图  10  一维距离向成像结果

    Figure  10.  Range imaging results of three targets

    图  11  目标高速相对运动时的脉压输出

    Figure  11.  Pulse compression output for moving targets with high speed

    表  1  FDA雷达系统参数

    Table  1.   System parameters of FDA radar

    信号参数数值系统参数数值
    载频${f_0}$3 GHz阵元间距0.05 m
    带宽B100 MHz载频偏移量$\Delta f$200 kHz
    脉冲宽度${T_p}$5 ${\rm{μs} }$阵元数M13
    下载: 导出CSV
  • [1] ANTONIK P, WICKS W C, GRIFFITHS H D, et al. Frequency diverse array radars[C]. 2006 IEEE Conference on Radar, New York, USA, 2006: 470–475.
    [2] XU Yanhong, SHI Xiaowei, XU Jingwei, et al. Beampattern analysis of planar frequency diverse array[J]. International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, 2015, 25(5): 436–444. doi: 10.1002/mmce.20881
    [3] XU Jingwei, LIAO Guisheng, ZHU Shengqi, et al. Joint range and angle estimation using MIMO radar with frequency diverse array[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2015, 63(13): 3396–3410. doi: 10.1109/TSP.2015.2422680
    [4] WANG Wenqin. Frequency diverse array antenna: New opportunities[J]. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2015, 57(2): 145–152. doi: 10.1109/MAP.2015.2414692
    [5] 许京伟. 频率分集阵列雷达运动目标检测方法研究[D]. [博士论文], 西安电子科技大学, 2015.

    XU Jingwei. Study on moving target detection with frequency diverse array radar[D]. [Ph. D. dissertation], Xidian University, 2015.
    [6] XU Jingwei, LIAO Guisheng, ZHU Shengqi, et al. Deceptive jamming suppression with frequency diverse MIMO radar[J]. Signal Processing, 2015, 113: 9–17. doi: 10.1016/j.sigpro.2015.01.014
    [7] 王文钦, 邵怀宗, 陈慧. 频控阵雷达: 概念、原理与应用[J]. 电子与信息学报, 2016, 38(4): 1000–1011. doi: 10.1199/JEIT151235

    WANG Wenqin, SHAO Huaizong, and CHEN Hui. Frequency diverse array radar: Concept, principle and application[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2016, 38(4): 1000–1011. doi: 10.1199/JEIT151235
    [8] 许京伟, 朱圣棋, 廖桂生, 等. 频率分集阵雷达技术探讨[J]. 雷达学报, 2018, 7(2): 167–182. doi: 10.12000/JR18023

    XU Jingwei, ZHU Shengqi, LIAO Guisheng, et al. An overview of frequency diverse array radar technology[J]. Journal of Radars, 2018, 7(2): 167–182. doi: 10.12000/JR18023
    [9] 项喆, 陈伯孝. 频率分集阵列的距离角度解耦的波束形成[J]. 雷达学报, 2018, 7(2): 212–219. doi: 10.12000/JR16113

    XIANG Zhe and CHEN Baixiao. Range-angle decoupled transmit beamforming with frequency diverse array[J]. Journal of Radars, 2018, 7(2): 212–219. doi: 10.12000/JR16113
    [10] WANG Huake, LIAO Guisheng, XU Jingwei, et al. Multi-dimensional ambiguity function for coherent pulsed-LFM FDA radar[J]. Journal of Physics: Conference Series, 2019, 1169: 012017. doi: 10.1088/1742-6596/1169/1/012017
    [11] WANG Huake, LIAO Guisheng, XU Jingwei, et al. Transmit beampattern design for coherent FDA by piecewise LFM waveform[J]. Signal Processing, 2019, 161: 14–24. doi: 10.1016/j.sigpro.2019.03.010
    [12] WANG Huake, LIAO Guisheng, XU Jingwei, et al. Subarray-based coherent pulsed-LFM frequency diverse array for range resolution enhancement[J]. IET Signal Processing, 2020, 14(4): 251–258. doi: 10.1049/iet-spr.2018.5566
    [13] WANG Huake, LIAO Guisheng, XU Jingwei, et al. Space-time matched filter design for interference suppression in coherent frequency diverse array[J]. IET Signal Processing, 2020, 14(3): 175–181. doi: 10.1049/iet-spr.2019.0227
    [14] SKOLNIK M I. 雷达手册[M]. 南京电子技术研究所, 译. 北京: 电子工业出版社, 2010: 318–322.

    SKOLNIK M I. Radar Handbook[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2010: 318–322.
    [15] COLLINS T and ATKINS P. Nonlinear frequency modulation chirps for active sonar[J]. IEE Proceedings-Radar, Sonar and Navigation, 1999, 146(6): 312–316. doi: 10.1049/ip-rsn:19990754
    [16] BABUR G, AUBRY P, and LE CHEVALIER F. Simple transmit diversity technique for phased array radar[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2016, 10(6): 1046–1056.
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  2627
  • HTML全文浏览量:  1259
  • PDF下载量:  252
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-26
  • 修回日期:  2021-03-26
  • 网络出版日期:  2021-04-19
  • 刊出日期:  2021-12-28

目录

    /

    返回文章
    返回