多通道雷達系統(tǒng)因其在目標探測、跟蹤、成像和識別方面的卓越性能近年來受到了國內外的廣泛關注。作為一種新型多通道雷達系統(tǒng)，寬帶矢量噪聲雷達通過在一組正交極化天線通道上同時發(fā)射隨機正交電磁信號，然后利用矢量匹配濾波器來并行接收和處理到達每個通道的目標散射回波，從而實現(xiàn)對復雜目標全極化散射信息的高分辨率、快速、精確測量，體現(xiàn)了噪聲雷達技術研究的新進展。

在寬帶矢量噪聲雷達系統(tǒng)中，隨機發(fā)射波形之間良好的正交性能夠保證其回波在接收機端得以有效分離，是降低矢量匹配濾波器輸出信號間相互干擾的重要前提。特別地，當探測目標處于高速運動狀態(tài)時，匹配濾波器組的脈沖壓縮特性還會受到回波多普勒頻移的嚴重影響。尤其是對隨機相位編碼、互補序列等波形，目標運動即便引入很小的多普勒頻移也會導致脈沖壓縮性能下降：旁瓣升高和正交性惡化，嚴重制約了雷達系統(tǒng)對高動態(tài)目標的探測能力。

圖一 L波段寬帶矢量噪聲雷達系統(tǒng)

為解決這一技術難題，在國家自然科學基金面上項目基金《寬帶矢量噪聲雷達技術》等支持下，中國科學院國家空間科學中心微波遙感技術重點實驗室張云華研究員團隊的陳云博士生等以矢量噪聲雷達高動態(tài)目標高精度極化散射測量為應用背景，深入研究了存在多普勒頻移情況下具有較低加權積分旁瓣電平（WISL）的單模離散相位序列與接收濾波器的聯(lián)合設計問題，重點關注可用于在同極化和交叉極化通道構造分別具有“圖釘型”和全零模糊函數(shù)形狀的序列集和濾波器組的設計方法。為了控制失配濾波引起的信噪比損失，他們在目標函數(shù)中以懲罰函數(shù)的形式引入信噪比損失約束函數(shù)，并通過對序列的每個元素施加離散相位約束來構建聯(lián)合設計問題。為有效求解此非凸優(yōu)化問題，他們進一步提出了一種基于優(yōu)化最小化法（MM）和坐標下降法（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等典型算法設計波形經(jīng)寬帶矢量噪聲雷達系統(tǒng)發(fā)射-接收鏈路后在不同極化通道（HH、HV、VH和VV）所得實測波形模糊函數(shù)的對比

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

以上研究成果發(fā)表在信號處理和遙感領域期刊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）