2025年4月18日 周五
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    雷达系统与技术
    基于FPGA 目标跟踪检测的二维角度估计方法
    兰初军，宋志勇，张永强，徐　勇，刘　宇
    2024,46(11):1-7, DOI:
    [摘要] (2657) [HTML] (0) [PDF 8.25 M] (188)
    摘要：
    针对雷达导引头在低信噪比下角度估计精度不高、收敛时间过长等问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)目标跟踪检测的二维角度估计算法。该算法采用和差差多通道联合滤波,在检测的同时将目标的角度信息集成于伯努利滤波器的状态向量进行递归估计。为了缩短角度估计处理时间,采用FPGA 流水化设计,并对影响角度估计精度的计算节点,采用“浮点数+定点数”和拆分指数分别计算,以提高角度估计精度。通过仿真与测试实验,与检测后跟踪的传统算法相比,所提算法取得了较好的角度估计性能;此外,该算法单帧处理时间达到了微秒级,角度估计收敛时间短,极大地提高了目标跟踪检测的实时性。
    基于4D 点云的雷达栅格建图方法研究
    王嘉豪，刘一民
    2024,46(11):8-14, DOI:
    [摘要] (2384) [HTML] (0) [PDF 8.40 M] (103)
    摘要：
    在汽车的自动驾驶领域,自动驾驶系统需要利用传感器探测道路环境,进而建立高精地图用于描述环境特征。全天候适应能力、精确的距离和多普勒速度测量能力使得毫米波雷达成为高级驾驶员辅助系统应用中传感器的候选者,但目前基于毫米波雷达的环境建图中对动目标消除的研究较少。因此,文中使用毫米波雷达设备,深入挖掘环境点云数据中的多普勒信息,提出基于四维点云的雷达栅格建图方法。该方法具有直接在建图过程中消除动目标的特点,可以摆脱对里程计、加速度计等传感器的依赖,有不受光线、尘埃影响的优势,适用于自动驾驶领域复杂天气条件下的环境感知。仿真实验结果验证了所提方法的实用性。
    海战场态势生成技术发展与展望
    马　珂，张佳琪，李　归
    2024,46(11):15-21, DOI:
    [摘要] (2501) [HTML] (0) [PDF 4.79 M] (130)
    摘要：
    在信息化作战背景下,全面、精准地掌握战场态势是指挥员做出正确决策的关键所在。态势生成是指在感知战场要素的基础上,完成态势的估计、理解和预测,形成满足作战需要的态势产品,在探测、跟踪、识别、打击、评估等整个作战流程中都发挥着重要作用。文中对海战场态势生成技术进行了综述:首先,介绍了态势生成的发展历程,包括态势生成概念的由来、基础模型的演进和典型项目的应用;然后,阐述了对态势生成内涵的理解,提炼了高质量的态势生成应具备的典型特征,分析了对态势生成过程中资源调度、探测感知、融合处理、目标识别、威胁研判、态势分析、产品分发等各环节涉及到的关键技术;最后,对态势生成技术未来的发展方向进行了展望。
    基于Born-Jordan 分布的LFM-BPSK 信号的参数估计
    张宏业，舒　汀，何　劲
    2024,46(11):22-28, DOI:
    [摘要] (2576) [HTML] (0) [PDF 6.80 M] (74)
    摘要：
    对线性调频-二进制相位编码(LFM-BPSK)复合调制信号的参数估计,现有方法在低信噪比(SNR)环境下估计精度较低。针对该问题,文中推导出了LFM-BPSK 信号的Born-Jordan(BJD)时频分布,分析了LFM-BPSK 信号的时频特性,并提出了基于BJD 时频分布的参数估计算法。首先,该算法在BJD 时频变换的基础上使用霍夫变换对LFM-BPSK 信号初始频率和调频斜率进行估计,并将二维的BJD 时频变换转化为一维时域信号,通过降维后的时域信号求解码元宽度;然后,为了探寻参数估计的理论下界,文中还推导了LFM-BPSK 信号参数估计的修正克拉美罗下界(MCRLB);最后,利用蒙特卡洛实验对三个参数进行了测试。仿真实验表明,文中算法在低SNR 下的参数估计精度明显优于现有的算法,其性能接近MCRLB。
    变分贝叶斯推断的非平稳杂波抑制STAP 算法
    张　威，李　港，王效瑞，张文斌，章　涛
    2024,46(11):29-37, DOI:
    [摘要] (2422) [HTML] (0) [PDF 8.57 M] (68)
    摘要：
    现有的杂波谱稀疏恢复空时自适应处理(STAP)均假设不同距离单元的杂波训练样本满足平稳性条件,但实际系统中存在很多非理想因素,如杂波内部运动 (ICM) ,会造成杂波模型失配从而导致杂波协方差矩阵(CCM)估计不准确,进而使得STAP 处理算法的性能急剧下降。文中针对ICM 情况下的非平稳杂波抑制问题,提出了一种变分贝叶斯推断的非平稳杂波抑制STAP 算法。首先,通过一种非平稳杂波模型将多个杂波训练样本之间的非平稳性模型化;然后,引入变分贝叶斯推断方法对杂波空时功率谱进行稀疏恢复;最后,估计CCM 实现非平稳杂波的有效抑制。仿真实验表明,在存在ICM 的非平稳杂波环境情况下,文中方法效果优于已有的稀疏贝叶斯学习STAP 方法。
    基于ILPVG 网络的多功能雷达信号分选
    王　杰，孙闽红，张洁雯
    2024,46(11):38-44, DOI:
    [摘要] (2599) [HTML] (0) [PDF 9.10 M] (60)
    摘要：
    针对多功能雷达信号分选时,采用哪种复杂网络进行分选更为有效的问题,提出了一种改进的有限穿透可视图(ILPVG)算法,并采用不同的复杂网络建立算法,根据复杂网络的拓扑属性和中心性指标进行网络模型分析,然后通过标签传播算法和密度峰值聚类算法检测其社区结构得到雷达信号分选结果。仿真实验表明,在多功能雷达分选场景下,基于ILPVG算法和基于有限穿透可视图(LPVG)算法的复杂网络在网络的连通性和紧密性上都高于其他网络。ILPVG 网络通过标签传播算法得到的子社区结果、雷达分选准确率都高于其他网络,其雷达信号分选准确率比LPVG 提高了3. 46%,且明显优于基于k 均值的和具有噪声的基于密度的聚类算法的分选方法,表明了ILPVG 算法在雷达信号分选上的有效性和优越性。
    恶劣传播环境下导航雷达个体识别方法研究
    常　仁，柴　恒，刘金生，周　辉
    2024,46(11):45-49, DOI:
    [摘要] (2238) [HTML] (0) [PDF 6.13 M] (74)
    摘要：
    由于港口等区域内存在大量建筑物,导致个体识别设备侦收的导航雷达信号受严重多径效应影响。为解决上述问题,文中提出了雷达基准时钟周期特征提取方法,并基于该特征在恶劣传播环境下对导航雷达进行个体识别。针对两部某S 波段导航雷达的四种量程工作模式,进行了雷达重复间隔特征提取有效性验证,并构造了线性分类模型进行识别有效性验证,验证了基于基准时钟周期特征的个体识别方法应对恶劣传播环境的有效性。
    基于并行融合网络的多功能雷达行为辨识技术
    王宏兴，舒　汀，何　劲，郁文贤
    2024,46(11):50-55, DOI:
    [摘要] (2248) [HTML] (0) [PDF 7.66 M] (71)
    摘要：
    针对多功能雷达在信号层面分析时样式复杂多变、整体特征表述不全面、提供关键信息能力不足的问题,建立了一种多层级的多功能雷达行为层面表征模型,提出了一种基于一维深度卷积神经网络和门控循环网络并行处理的融合网络结构。在使用多层级模型清晰有效地表征和分析多功能雷达行为的基础上,结合两种网络分别在局部深度特征提取和全局时序特征提取方面的优势,实现了对多功能雷达典型功能的行为辨识。仿真实验结果表明,在参数交织程度较高的情况下,该网络对多功能雷达四种典型功能的行为辨识准确率达到95. 6%,证明了所提的并行网络算法在侦察情报分析领域具有良好的应用前景。
    毫米波雷达非视域目标检测
    蒋留兵，黄乾超，车　俐
    2024,46(11):56-63, DOI:
    [摘要] (2606) [HTML] (0) [PDF 13.21 M] (75)
    摘要：
    基于77 GHz 调频连续波雷达,提出了一种在非视域环境下利用电磁波的多径效应从而实现人体目标检测的方法。首先,建立一个多径传播模型,并通过深入分析该模型,提出了一种有效的二维坐标点云生成方法。为了提高波达方向的测量精度,并满足实时性要求,提出了一种基于最小方差无畸变的改进方法来估计目标的波达方向,这一方法通过迭代求逆运算,显著地降低了运算复杂度。然后,针对多余的静止杂波,引入了主成分分析的杂波抑制手段,通过对回波数据的主成分分析,滤除了第一个主成分并重构数据,以达到杂波抑制的效果。最后,实验结果表明,所提方法可以准确地检测雷达视线外的目标。这一研究为未来的雷达技术应用提供了新的思路和技术支持,特别是在安全监控和自动驾驶等领域。
    一种相控阵雷达波束指向误差的外场高精度标定方法
    巫书航，陈学锋，陆志伟，刘传保
    2024,46(11):64-70, DOI:
    [摘要] (2601) [HTML] (0) [PDF 5.17 M] (95)
    摘要：
    相控阵雷达通过电扫描调整波束指向,并通过测量目标回波与预期波束指向的偏差完成目标角度测量。当实际波束指向偏离预期时,将导致目标角度解算存在误差,随着对雷达测角精度要求的提升,波束指向误差对雷达测角性能的影响将成为关键因素。波束指向误差通常可以在微波暗室内对阵面完成标定和补偿,然而,现代大型相控阵因规模庞大而使得在暗室内进行波束指向标定变得困难,甚至缺乏可行性。文中针对基于惯导实现阵面姿态测量的相控阵雷达,提出了一种雷达波束指向误差的外场高精度标定方法。首先,分析了相控阵雷达波束指向误差产生的主要原因与惯导安装误差、电轴机械轴指向误差、波控码计算误差等因素相关;然后,建立了误差传递模型,并基于最小二乘估计原理,给出了一种通过雷达跟踪标校体的测量误差数据解算波束指向误差并予以补偿的标定方法;最后,完成了外场实装试验验证。试验结果表明,基于所提方法进行外场标定可大幅降低波束指向误差,对大型相控阵雷达高精度角度测量的工程实现有较大的参考价值。
    星载毫米波雷达载荷平台参数敏感性分析
    林正健，寇蕾蕾，郜海阳，欧紫娴，莫祖斯
    2024,46(11):71-78, DOI:
    [摘要] (2627) [HTML] (0) [PDF 11.46 M] (59)
    摘要：
    为了说明载荷和平台参数设置对星载毫米波雷达探测性能的影响,文中构建了由9 个子模块构成的星载毫米波雷达正演模拟器,利用天气研究与预报模型模拟云场景以及随机数据正演仿真对载荷和平台参数进行了敏感性分析。分析发现:星载毫米波雷达载荷平台采用天线直径为2. 5 m、轨道高度为400 km~450 km 的配置时,其探测性能相较于云廓线雷达提升超过7 倍;其信噪比达到25 dB 时,可以很好地减小噪声对反射率因子提取的影响;雷达标定常数误差在3. 36%以内时,可以满足反射率因子±1 dB 的探测精度要求;对于轨道高度为400 km 的星载毫米波雷达平台,当姿态角变化大于0. 13°时,其前后两次星下点观测区域完全错位,而当姿态角变化大于0. 75°时,其前后两次星下点位置相差5 km。
    基于多目标蚁狮算法的Stewart 平台优化设计
    史晓娟，王　磊，姚　兵，程森林
    2024,46(11):79-84, DOI:
    [摘要] (2572) [HTML] (0) [PDF 4.08 M] (54)
    摘要：
    针对Stewart 平台传统结构优化设计中,存在的设计过程低效、优化方案不全面以及优化结果不直观等问题,在深入分析Stewart 平台运动特性的基础上,建立平台的运动学方程,并通过仿真技术求解出平台的可达工作空间以及灵活工作空间。文中将多目标蚁狮(MOALO)算法应用于Stewart 平台的结构优化设计,以雅可比矩阵条件数以及可用操作度为优化目标,通过仿真软件得到多组优化解,即帕雷托优化解集;以用作运动模拟器的Stewart 平台为例进行具体的优化设计分析,通过对灵活工作空间体积占比的求解,验证了该算法的有效性和可行性。在Stewart 平台的结构优化设计中,MOALO 算法相较进化遗传算法、多目标粒子群算法等,在多目标优化问题上具有更好的收敛性和覆盖性,更符合实际多目标优化工程设计。
    舰载二维稳定平台的伺服系统抗扰分析
    叶　鹏，郭　亮
    2024,46(11):85-90, DOI:
    [摘要] (2199) [HTML] (0) [PDF 5.06 M] (53)
    摘要：
    为了提高舰载二维稳定平台船摇隔离效果与稳定精度,对比分析了速度前馈比例-积分(PI)控制器和线性自抗扰控制器的控制效果。首先,在二维稳定平台伺服系统数学模型的基础上,分别设计了基于船摇速度前馈的PI 控制器和线性自抗扰控制器,并在仿真软件中建立了仿真模型;然后,以实际的船摇运动数据作为激励输入控制模型,分析了常规PI 控制、速度前馈PI 控制以及线性自抗扰控制的纵摇框架的稳定精度,仿真结果表明线性自抗扰控制稳定精度明显优于速度前馈PI 控制;最后,通过海上试验验证了基于线性自抗扰控制的二维稳定平台具有较高的稳定精度,能够满足稳定平台伺服系统的工程化应用和性能指标要求。
    基于集总巴伦结构的全向偶极天线设计
    宋道军，任　建，尹应增
    2024,46(11):91-95, DOI:
    [摘要] (2368) [HTML] (0) [PDF 7.45 M] (54)
    摘要：
    为了满足基站和无线局域网应用对全向高增益天线的需求,提出了一种基于集总巴伦结构的集成化印刷偶极天线的设计。首先,根据3 dB 电桥电路原理,设计了一种集总巴伦结构,并通过仿真软件验证了集总巴伦结构的性能。集总巴伦由微带线和集总元件组成,输入信号进入巴伦后,可以从两个输出端口输出振幅相等、相位相差180°的信号;然后,根据最大传输最小反射原则设计了偶极子天线,并将集总巴伦与印刷在介质基板两侧的偶极子天线集成在一起,完成了巴伦集成型偶极子天线的设计;最后,通过电磁仿真计算与优化,确定了天线的最优结构,并进行了实物加工和测量。实测结果表明,该天线可以在1. 35 GHz ~1. 45 GHz 的带宽范围内实现水平全向高增益辐射。该天线具有重量轻、剖面低、易于调谐的特点,为通信、广播和军事系统终端天线阵提供了一种新颖的单元天线结构。
    一种L 频段倍频超材料角锥喇叭馈源设计
    刘　磊，何应然，李　栋
    2024,46(11):96-99, DOI:
    [摘要] (2293) [HTML] (0) [PDF 3.24 M] (51)
    摘要：
    文中研究了一种基于超材料的L 频段倍频角锥喇叭馈源,将超材料结构加载到角锥喇叭内壁,得到了辐射特性优良的喇叭馈源。设计优化了一种金属“十字线”状超材料单元,该单元为三维结构,顶部为正交的金属长方体,中心通过金属长方体与喇叭内壁相连接,周期排列形成阻抗超表面。超材料结构在TE 模式和TM 模式呈现不同的波阻抗,在特定条件下可使喇叭内传播模式达到平衡混合,从而实现了波束等化和低交叉极化。仿真结果表明,在1. 35 GHz~2. 70 GHz 之间,馈源驻波小于1. 25,照射角为20°,交叉极化小于-18 dB,代入标准卡氏天线中计算,效率在60%以上,旁瓣在-16 dB 以下,与现有工程常用波纹喇叭和光壁赋形喇叭相比,电性能相当,但在加工难度、制作成本和体积重量方面,该超材料喇叭具有明显优势。
    行波管发射组件技术研究与实践
    窦好刚，张亚斌，杨景红
    2024,46(11):100-104, DOI:
    [摘要] (2567) [HTML] (0) [PDF 8.65 M] (60)
    摘要：
    利用真空管峰值功率大、效率高等优势,对基于X 波段行波管的高功率发射组件进行了研究。文中详细介绍了8 通道发射组件设计、高压组件小型化封装及幅相一致性控制等关键技术,并基于以上技术研制了一种8 通道X 波段行波管发射组件。该组件采用一套电源同时给8 只管子供电的集成化设计方法,既提高了组件功率密度,减小了发射组件体积,又能够满足雷达阵面的要求。通过对发射组件各通道幅相一致性调整,进行了8 通道功率合成试验测试,试验数据达到预期的目的,进一步验证了文中所提技术的可行性。该组件是一种新型的行波管放大器发射组件,体积小,功率密度大,且价格相对便宜,为相控阵雷达发射单元提供了新的解决途径。
    6 GHz~18 GHz 中功率放大器芯片的设计与实现
    李　鑫，肖曼琳，蒋　明，杜鑫威
    2024,46(11):105-109, DOI:
    [摘要] (2426) [HTML] (0) [PDF 5.93 M] (61)
    摘要：
    设计并实现了一款高性能的宽带中功率放大器芯片,该芯片采用0. 25 μm 砷化镓赝调制掺杂异质结场效应晶体管工艺,并通过运用共源共栅电路结构,显著提升了放大器的增益水平。同时,引入负反馈技术,有效改善了增益的平坦度,极大地拓宽了放大器的工作带宽范围,使其能够覆盖从6 GHz~18 GHz 的广泛频段,满足多样化的无线通信及雷达系统需求。实测数据表明,该芯片在指定频段内实现了稳定的17±0. 3 dB 增益,输入输出回波损耗均优于-10 dB,展现出了卓越的匹配性能。在5 V 工作电压下,电流消耗仅为63 mA,且1 dB 压缩点输出功率高达15 dBm,确保了在高功率输出时的稳定性与可靠性。此外,芯片设计紧凑,面积仅为1. 94 mm×1. 08 mm,为系统集成提供了极大的便利。
    双端驾乘人员车云协同计算危险行为分析
    井　晶，贺　晨，刘　营，赵作鹏
    2024,46(11):110-117, DOI:
    [摘要] (2392) [HTML] (0) [PDF 11.82 M] (52)
    摘要：
    车内人员不安全行为的预警是减少交通事故的重要手段,然而现有的研究主要关注于驾驶员的危险行为检测,乘客的危险行为往往被忽视,因此文中提出了一种基于车云算力协同的驾乘人员危险行为分析算法。首先,通过基于粗粒度深度估计的检测和人员身份分析模型区分驾驶员与乘客;然后,通过基于ByteTrack 多目标跟踪的检测模型检测乘客是否越位,并通过头部姿态估计与疲劳状态检测的多任务联合模型检测驾驶员的危险驾驶行为;最后,将危险行为视频片段上传云端进行校验。实验结果表明,文中提出的基于粗粒度深度估计的检测模型和人员身份分析模型相比感兴趣区域法的F1-Score 提高了5. 1%,多任务联合模型中的头部姿态估计分支相比LwPoser 模型F1-Score 提高了5. 2%,疲劳检测分支相比YOLOv6s 模型平均准确率均值提高了2. 4%,且校验中使用云端高精度模型F1-Score 提高了7. 6%。以上结果证明了文中所提算法的有效性。
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