空间中心科研人员在多通道雷达高多普勒容限相位编码波形设计研究中取得进展

多通道雷达系统因其在目标探测、跟踪、成像和识别方面的卓越性能近年来受到了国内外的广泛关注。作为一种新型多通道雷达系统，宽带矢量噪声雷达通过在一组正交极化天线通道上同时发射随机正交电磁信号，然后利用矢量匹配滤波器来并行接收和处理到达每个通道的目标散射回波，从而实现对复杂目标全极化散射信息的高分辨率、快速、精确测量，体现了噪声雷达技术研究的新进展。

在宽带矢量噪声雷达系统中，随机发射波形之间良好的正交性能够保证其回波在接收机端得以有效分离，是降低矢量匹配滤波器输出信号间相互干扰的重要前提。特别地，当探测目标处于高速运动状态时，匹配滤波器组的脉冲压缩特性还会受到回波多普勒频移的严重影响。尤其是对随机相位编码、互补序列等波形，目标运动即便引入很小的多普勒频移也会导致脉冲压缩性能下降：旁瓣升高和正交性恶化，严重制约了雷达系统对高动态目标的探测能力。

图一 L波段宽带矢量噪声雷达系统

为解决这一技术难题，在国家自然科学基金面上项目基金《宽带矢量噪声雷达技术》等支持下，中国科学院国家空间科学中心微波遥感技术重点实验室张云华研究员团队的陈云博士生等以矢量噪声雷达高动态目标高精度极化散射测量为应用背景，深入研究了存在多普勒频移情况下具有较低加权积分旁瓣电平（WISL）的单模离散相位序列与接收滤波器的联合设计问题，重点关注可用于在同极化和交叉极化通道构造分别具有“图钉型”和全零模糊函数形状的序列集和滤波器组的设计方法。为了控制失配滤波引起的信噪比损失，他们在目标函数中以惩罚函数的形式引入信噪比损失约束函数，并通过对序列的每个元素施加离散相位约束来构建联合设计问题。为有效求解此非凸优化问题，他们进一步提出了一种基于优化最小化法（MM）和坐标下降法（CD）的交替迭代算法（WISL-MMCD），解决了传统方法由于离散相位序列自由度受限而引起的多普勒容限降低问题，并通过采用SQUAREM方案和FFT运算极大提高了算法的优化效率。

图二 WISL-MMCD与WeBEST-e和WPSL-CD等典型算法设计波形经宽带矢量噪声雷达系统发射-接收链路后在不同极化通道（HH、HV、VH和VV）所得实测波形模糊函数的对比

利用课题组前期研发的L波段宽带矢量噪声雷达系统（图一）与WeBEST-e和WPSL-CD等典型设计算法所开展的发射-接收链路实测对比实验表明，所提出的WISL-MMCD算法能以可接受的信噪比损失为代价显著抑制发射波形的加权积分旁瓣电平；基于该算法所设计的互补序列离散相位编码波形同时兼具低旁瓣、高正交性和高多普勒容限等优良性能（图二），具有工程应用价值。

以上研究成果发表在信号处理和遥感领域期刊IEEE Transactions on Signal Processing和Remote Sensing上。

文章及链接：

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）