漫反射条件下基于时间反转的低空目标探测与跟踪方法研究

The detection of low-altitude moving targets close to the ground or sea surface is a difficult problem for the modern radar. Although considerable achievements have been obtained after a long time study, there is still no efficient method to detect and track the targets under complex diffuse reflection condition, which is in strong military demand. In this project, the Time Reversal (TR) technique is first used to detect and track the low-altitude targets under diffuse reflection condition. Considering the characterizations of space time focusing and virtual aperture extension in time reversed fields, the TR technique can convert traditionally hostile multipath into performance-boosting factors and thus enhance the low-altitude target detection probability and resolution ability, which has a vast application prospect..This project aims at solving several key issues in time reversal detection and tracking of low-altitude targets. It mainly focuses on the echo modeling, moving target detection algorithms, adaptive interference suppression methods, time reversed selective focusing and high accuracy DOA estimation algorithms and so on of low-altitude target based on the TR technique. In addition, a low-altitude target detection system based on the TR technique will be set up to verify its effectiveness and efficiency with the measured data. It will provide a new solution for low-altitude target detection.

贴近地面或者海面运动的低空目标探测是现代雷达面临的一大难题，经过多年的研究和积累虽然已经取得了一些成果，但对复杂漫反射条件下的探测和跟踪仍无有效的方法和手段，其研究需求非常迫切。该项目首次提出将时间反转（Time Reversal）技术应用到漫反射条件下低空目标的探测与跟踪中，利用时间反转技术的空时聚焦和虚拟孔径扩展特性，将多径散射的不利因素转化为对检测有益的有利因素，提高对低空目标的检测和分辨能力，具有广阔的应用前景。.项目旨在解决基于TR技术的低空目标探测与跟踪的关键科学问题，主要研究基于TR技术的低空目标回波建模、运动目标检测算法、自适应干扰抑制方法、选择性聚焦算法及高精度测角算法等，并设计基于TR技术的低空目标探测系统试验方案进行实测数据验证，为低空目标探测提供一种新的解决方案。

针对漫反射条件下低空目标的探测与跟踪问题，该项目将时间反转（Time Reversal，TR）技术应用其中，利用时间反转技术的空时聚焦和虚拟孔径扩展特性，将多径散射的不利因素转化为对检测有益的有利因素，提高对低空目标的检测和分辨能力。该项目研究TR技术在阵列雷达领域的理论研究，已完成计划书中所有的研究内容。发表期刊论文20篇，其中SCI检索16篇，EI检索19篇；申请发明专利19项，已授权13项；发表会议论文10篇，参加国际会议10人次，作分会场报告6次，作墙报展示4次；获得2016年国际雷达年会优秀论文二等奖一项，第二十一届中国专利金奖一项。邀请国外相关专家交流报告4次；培养博士6名，硕士生6名。.取得的主要学术成果如下：（1）研究了复杂漫反射条件下，米波雷达系统中基于TR技术的低空目标回波时域与频域模型，低仰角目标的地面有效反射区，直达波、镜面反射与漫反射角度范围，建立了基于TR技术的米波雷达低空目标探测多路径干扰回波模型。（2）提出了基于TR技术的低空目标高分辨测角算法。该方法通过TR技术自适应的处理多径信息，利用双边线性变换技术处理宽带接收信号。结果表明该方法可以有效解决低空目标探测中的多径干扰问题，提高测角精度。（3）利用宽带信号中噪声与频率独立的特性，提出了一种基于噪声子空间的TR高精度测角方法。该方法有效降低了TR-DOA计算复杂度，同时有效处理了多径干扰，提高了测角精度。（4）研究了基于单天线雷达的能量分配时间反转目标检测方法。该方法在TR技术基础上，对目标信道响应进行频率优选，并对发射信号进行能量分配，提高回波信号能量及目标检测概率。（5）研究了基于TR技术的多基地雷达目标检测方法。针对多基地雷达在多径环境中的目标检测性能下降问题，提出时间反转检测方法，将多径效应转化为有利因素，有效提升目标检测性能。（6）研究了非均匀阵列DOA估计相关方法，稀疏电磁矢量传感器阵列设计及DOA估计以及非均匀阵列设计等相关内容。