多通道雷達(dá)系統(tǒng)因其在目標(biāo)探測(cè)、跟蹤、成像和識(shí)別方面的卓越性能近年來受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。作為一種新型多通道雷達(dá)系統(tǒng)，寬帶矢量噪聲雷達(dá)通過在一組正交極化天線通道上同時(shí)發(fā)射隨機(jī)正交電磁信號(hào)，然后利用矢量匹配濾波器來并行接收和處理到達(dá)每個(gè)通道的目標(biāo)散射回波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜目標(biāo)全極化散射信息的高分辨率、快速、精確測(cè)量，體現(xiàn)了噪聲雷達(dá)技術(shù)研究的新進(jìn)展。

在寬帶矢量噪聲雷達(dá)系統(tǒng)中，隨機(jī)發(fā)射波形之間良好的正交性能夠保證其回波在接收機(jī)端得以有效分離，是降低矢量匹配濾波器輸出信號(hào)間相互干擾的重要前提。特別地，當(dāng)探測(cè)目標(biāo)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，匹配濾波器組的脈沖壓縮特性還會(huì)受到回波多普勒頻移的嚴(yán)重影響。尤其是對(duì)隨機(jī)相位編碼、互補(bǔ)序列等波形，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)即便引入很小的多普勒頻移也會(huì)導(dǎo)致脈沖壓縮性能下降：旁瓣升高和正交性惡化，嚴(yán)重制約了雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)高動(dòng)態(tài)目標(biāo)的探測(cè)能力。

圖一 L波段寬帶矢量噪聲雷達(dá)系統(tǒng)

為解決這一技術(shù)難題，在國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目基金《寬帶矢量噪聲雷達(dá)技術(shù)》等支持下，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張?jiān)迫A研究員團(tuán)隊(duì)的陳云博士生等以矢量噪聲雷達(dá)高動(dòng)態(tài)目標(biāo)高精度極化散射測(cè)量為應(yīng)用背景，深入研究了存在多普勒頻移情況下具有較低加權(quán)積分旁瓣電平（WISL）的單模離散相位序列與接收濾波器的聯(lián)合設(shè)計(jì)問題，重點(diǎn)關(guān)注可用于在同極化和交叉極化通道構(gòu)造分別具有“圖釘型”和全零模糊函數(shù)形狀的序列集和濾波器組的設(shè)計(jì)方法。為了控制失配濾波引起的信噪比損失，他們?cè)谀繕?biāo)函數(shù)中以懲罰函數(shù)的形式引入信噪比損失約束函數(shù)，并通過對(duì)序列的每個(gè)元素施加離散相位約束來構(gòu)建聯(lián)合設(shè)計(jì)問題。為有效求解此非凸優(yōu)化問題，他們進(jìn)一步提出了一種基于優(yōu)化最小化法（MM）和坐標(biāo)下降法（CD）的交替迭代算法（WISL-MMCD），解決了傳統(tǒng)方法由于離散相位序列自由度受限而引起的多普勒容限降低問題，并通過采用SQUAREM方案和FFT運(yùn)算極大提高了算法的優(yōu)化效率。

圖二 WISL-MMCD與WeBEST-e和WPSL-CD等典型算法設(shè)計(jì)波形經(jīng)寬帶矢量噪聲雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射-接收鏈路后在不同極化通道（HH、HV、VH和VV）所得實(shí)測(cè)波形模糊函數(shù)的對(duì)比

利用課題組前期研發(fā)的L波段寬帶矢量噪聲雷達(dá)系統(tǒng)（圖一）與WeBEST-e和WPSL-CD等典型設(shè)計(jì)算法所開展的發(fā)射-接收鏈路實(shí)測(cè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)表明，所提出的WISL-MMCD算法能以可接受的信噪比損失為代價(jià)顯著抑制發(fā)射波形的加權(quán)積分旁瓣電平；基于該算法所設(shè)計(jì)的互補(bǔ)序列離散相位編碼波形同時(shí)兼具低旁瓣、高正交性和高多普勒容限等優(yōu)良性能（圖二），具有工程應(yīng)用價(jià)值。

以上研究成果發(fā)表在信號(hào)處理和遙感領(lǐng)域期刊IEEE Transactions on Signal Processing和Remote Sensing上。

文章及鏈接：

Yun Chen, Zixuan Chen, Yunhua Zhang, Jiefang Yang, Dong Li, “Joint Design of Doppler Resilient Unimodular Discrete Phase Sequence Waveform and Receiving Filter for Multichannel Radar,” IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 72, pp. 4207-4221, 2024. DOI: 10.1109/TSP.2024.3458175

Yun Chen, Yunhua Zhang, Dong Li, Jiefang Yang. “Joint Design of Complementary Sequence and Receiving Filter with High Doppler Tolerance for Simultaneously Polarimetric Radar,” Remote Sensing, vol. 15, no. 15, pp. 3877 (1-23), 2023. DOI: 10.3390/rs15153877

（供稿：微波室）