MIMO阵列雷达海上微弱目标检测技术研究

Weak target detection in the background of heavy sea clutter is still a bottleneck for information sensing and acquisition in current sea battlefield. In this project, MIMO array radar is used to investigate the detection problem of weak maritime target. By fully utilizing the degrees of freedom of transmitted waveform and array assignment as well as the long-time staring observation mode of MIMO array radar, This project investigates the MIMO array radar target detection techniques in sea clutter based on the optimization and design of signal waveform and array assignment, based on the Radon fractional Fourier transform processing, and based on multi-dimensional nonlinear feature, respectively.The first content aims at solving the waveform design problem as well as the combined optimization and design problem of signal waveform and array assignment, and the last two contents aim at solving the long-time coherently accumulation detection problem and the difference extraction problem of long-time energy fluctuation, respectively. Finally, simulations and real-data experiments are performed to validate the proposed algorithms.

强海杂波背景下的微弱目标检测是当前海战场信息感知与获取面临的瓶颈问题。本项目利用MIMO阵列雷达体制开展海上微弱目标检测技术研究，充分利用MIMO阵列雷达系统提供的发射波形自由度、阵元位置自由度以及长时间凝视观测方式，开展基于信号波形与阵元配置优化设计的、基于Radon-分数阶傅里叶变换域处理的以及基于多维度分形特征的海杂波中MIMO阵列雷达目标检测技术研究。第一项内容解决以MIMO阵列雷达目标检测为目的的信号波形设计以及信号波形与阵元位置联合优化设计的问题，后两项内容分别解决MIMO阵列雷达凝视探测条件下的长时间能量相参积累检测问题与长时间能量起伏差异提取问题。最后进行相关算法的仿真分析与实测数据验证。

海杂波背景下的微弱目标检测是当前海战场信息感知与获取面临的瓶颈问题。长期以来，国内外对海上微弱目标雷达检测技术开展了深入而有效的研究，但目前研究主要针对常规雷达体制。MIMO 阵列雷达在信号波形的灵活性能够为复杂且动态的海杂波背景下的信号处理提供更大的自由度，同时，其宽发窄收的凝视观测方式可有效延长目标观测时间、提高速度分辨力，从而有利于积累目标能量和抑制海杂波，因此，结合MIMO阵列雷达开展海上目标检测技术研究，对于提高雷达在强海杂波背景下的微弱目标检测性能具有重要的意义。.本项目利用MIMO阵列雷达发射波形的自由度，针对MIMO阵列雷达战场工作环境恶劣，干扰较多，寂静频带非连续的情况，用几个不连续的寂静频带来合成大的有效带宽，提出了非连续谱条件下正交离散频率编码波形(Discrete Frequency Code Waveform，DFCW)和正交相位编码波形的设计方法，充分利用了频谱资源，大幅提高了距离分辨力，也可以增强雷达的抗干扰能力。.本项目研究了正交信号MIMO雷达凝视观测条件下动目标的长时间相参积累方法，给出了基于Radon-分数阶傅里叶变换和Radon-分数阶模糊函数的两种检测方法，利用动目标回波的幅度和相位信息进行相参积累，能够同时补偿长时间积累过程中的距离和多普勒徙动，有效抑制背景杂波和噪声，提高积累增益，并能获得目标的运动点迹。仿真和实测数据的分析结果验证了算法具有在强杂波背景中检测海面微弱目标的能力。为进一步提高海面目标的检测性能，研究了海杂波分数阶Fourier变换（FRFT）谱的自相似特性，给出了三种利用FRFT域分形特征的目标检测算法，基于实测数据对所提出的三种利用FRFT域分形特征的目标检测方法进行性能分析。得益于FRFT可以很好地积累匀加速类运动目标的能量从而有效提升SCR的优势，本项目所提出的三种FRFT域目标检测方法比时域中经典的分形目标检测方法具有更好的性能。