杂波背景下频控阵MIMO雷达目标空距频聚焦认知探测技术研究

In order to improve the detection and recognition of weak targets in complex environment, the new radar system, i.e., frequency diverse array multiple-input multiple-output (FDA-MIMO) radar is introduced for target detection in clutter background. The extra degrees of freedom provided by FDA-MIMO radar are fully used, i.e., the degrees of freedom (DOFs) of the transmitted waveform, the location of array elements, correlation of beam azimuth and distance, and the long dwell time, which are also the DOFs in joint spatial (angle), distance and frequency (Doppler) dimensions. Weak target cognitive detection methods are proposed to achieve space-range-Doppler focus (SRDF) processing and joint parameter estimation with improved signal-to-clutter ratio. The following key techniques of FDA-MIMO radar signal processing will be mainly studied, such as waveform and element optimization design, signal processing and detection via SRDF, and adaptive detection based on recognition of target motion characteristics. The goal is to establish the intelligent feedback and fusion optimization for target detection, parameter estimation, transmit beamforming, target motion characteristics and environmental information. The performances of the proposed methods are verified by theoretical analysis and demonstration system of FDA-MIMO radar. The results can be expected to improve the radar capability of weak target detection and refined parameter estimation in complex environment, and lay the foundation for the application of FDA-MIMO radar.

为提高雷达在复杂环境下微弱目标的发现和认知能力，本项目将频控阵MIMO雷达用于杂波背景下的目标检测。充分利用频控阵MIMO雷达提供的发射波形自由度、阵元位置自由度、波束方位与距离相关性以及长驻留时间的特点，即在空间（角度）、距离和频率（多普勒）的灵活自由度和能量集性，开展微弱目标认知探测技术研究，实现空-距-频聚焦和参数估计，改善信杂比。重点突破频控阵MIMO雷达信号波形与阵元优化设计、空-距-频聚焦信号处理与检测、面向目标运动特性认知的频控阵MIMO雷达自适应检测等关键技术。寻找目标检测、参数估计、发射波束形成、目标运动特性和环境信息智能反馈之间的融合优化方法。采取理论分析与系统试验相结合的研究方法，构建频控阵MIMO雷达探测演示验证系统，验证理论与方法的有效性，提高复杂环境下雷达目标检测和精细化处理能力，为频控阵MIMO新体制雷达的应用奠定基础。

项目充分利用频控阵MIMO雷达提供的发射波形自由度、波束距离指向自由度以及长时间驻留的特点，即在空间、距离和频率上的灵活自由度开展微弱目标探测的研究。突破复杂环境下频控阵MIMO雷达波形与阵元优化、空-距-频聚焦信号处理以及目标认知检测等关键技术。提出改进FDA-MIMO雷达信号模型、距离耦合MIMO雷达空-距自适应处理方法、频控阵雷达空距频聚焦(SRDF)处理、雷达高机动目标相参积累检测等方法。设计和研发频控阵MIMO雷达探测演示验证系统，开展海上目标和无人机等低慢小目标探测实验，完善和验证所提算法，改善雷达对微弱目标的检测能力和参数估计能力，为该体制雷达技术的发展及低可观测目标探测的应用提供理论与技术支撑。.项目共发表学术论文30篇，其中SCI收录10篇，EI收录10篇。申请发明专利15项（授权14项）。ESI高被引1篇、《雷达学报》高被引1篇、期刊优秀论文2篇。获中国电子学会电子信息领域优秀科技论文奖、2021 ICCAIS优秀论文三等奖、2019 ICEICT最佳论文奖。出版学术专著2部，其中1部获国家科技出版基金资助。获军队科技进步二等奖、中国产学研创新成果奖（个人），军委科技委创客行动2022“大数据应用”挑战赛一等奖。培养研究生5人，获全军优秀硕士论文、《雷达学报》博士论坛优秀报告奖，山东省研究生创新成果三等奖。项目负责人2022年获国家自然科学基金优青资助，被评为《雷达学报》优秀编委、创刊十周年最佳审稿人、高被引作者，担任《Remote Sensing》、《信号处理》、《雷达学报》专刊主编。主办雷达学报学术讲堂、中国电子学会青年科学家俱乐部年会分论坛，参加学术会议并做报告15次。基于研究成果研发了频控阵MIMO雷达样机系统，围绕机场探鸟、海上弱小目标探测、低慢小探测等领域，已在4个单位推广应用，相比传统处理方法在检测能和特征提取等方面有显著优势，军民应用前景广泛。