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本书介绍了频率分集阵列（FDA）雷达信号处理技术及其应用，内容涵盖FDA基本概念、相干FDA雷达角度依赖匹配接收技术、FDA-MIMO雷达基本理论与目标参数估计、FDA机载雷达距离模糊杂波抑制技术、FDA-MIMO雷达空时距三维处理技术、FDA-MIMO雷达抗主瓣转发欺骗干扰技术等，并讨论了工程应用的相关问题。
本书是作者在 FDA 雷达方面研究工作的总结和提炼，可供相关领域的研究人员、工程师和研究生等阅读参考。
书名：频率分集阵列雷达信号处理技术
ISBN：978-7-115-67789-1
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著 许京伟 廖桂生 张玉洪
责任编辑 郭 家
人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
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本书介绍了频率分集阵列（FDA）雷达信号处理技术及其应用，内容涵盖FDA基本概念、相干FDA雷达角度依赖匹配接收技术、FDA-MIMO雷达基本理论与目标参数估计、FDA机载雷达距离模糊杂波抑制技术、FDA-MIMO雷达空时距三维处理技术、FDA-MIMO雷达抗主瓣转发欺骗干扰技术等，并讨论了工程应用的相关问题。
本书是作者在 FDA 雷达方面研究工作的总结和提炼，可供相关领域的研究人员、工程师和研究生等阅读参考。
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电子信息科学与技术是现代信息社会的基石，也是科技革命和产业变革的关键，其发展日新月异。近年来，我国电子信息科技和相关产业蓬勃发展，为社会、经济发展和向智能社会升级提供了强有力的支撑，但同时我国仍迫切需要进一步完善电子信息科技自主创新体系，切实提升原始创新能力，努力实现更多“从 0到1”的原创性、基础性研究突破。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出，要发展壮大新一代信息技术等战略性新兴产业。面向未来，我们亟待在电子信息前沿领域重点发展方向上进行系统化建设，持续推出一批能代表学科前沿与发展趋势，展现关键技术突破的有创见、有影响的高水平学术专著，以推动相关领域的学术交流，促进学科发展，助力科技人才快速成长，建设战略科技领先人才后备军队伍。
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希望本系列图书具有可持续发展的生命力，成为电子信息领域具有举足轻重影响力和开创性的典范，对我国电子信息产业的发展起到积极的促进作用，对加快重要原创成果的传播、助力科研团队建设及人才的培养、推动学科和行业的创新发展都有所助益。同时，我们也希望本系列图书的出版能激发更多科技人才、产业精英投身到我国电子信息产业中，共同推动我国电子信息产业高速、高质量发展。
2024年8月22日
相控阵技术通过相位调控实现天线波束扫描，在电子信息、生命科学、射电天文等领域具有广泛应用。然而，相控阵方向图仅在角度维调控电磁能量，无法分辨位于相同方向的目标和干扰，同频率同方向的主瓣干扰抑制是雷达领域的世界级难题。频率分集阵列（Frequency Diverse Array，FDA）技术通过引入阵元间发射载波频率（简称载频）的差异，形成了随角度和距离-时间耦合变化的电场方向图，具有时空耦合高维调控能力，相比于相控阵，增加了新的调控维度，突破了相控阵体制无法区分相同角度、不同距离的目标和干扰的局限性，为雷达领域带来新的突破，受到国内外研究人员的高度关注。
在对FDA的早期研究中，由于其方向图与传统相控阵的方向图概念之间存在很大的差异，人们的研究工作主要集中于FDA方向图的物理特性和原理验证上，FDA的方向图能量发散和电场时变的问题在较长一段时间内一直没有得到广泛关注，这致使早期研究工作难以阐释FDA在实际中如何应用的问题。近年来，FDA基础性问题已解决，其理论技术框架不断发展和完善，FDA在广域目标探测、抗主瓣干扰、抗模糊杂波、多模式成像等方面的应用潜力也得到拓展。如何进一步挖掘和利用FDA时空耦合电磁调控所蕴含的新信息，值得持续开展深入研究。
本书总结梳理了作者近年来在FDA雷达信号处理技术及其应用方面的研究工作。全书共7章，具体安排如下：第1章概述了FDA的发展过程、研究现状和发展方向等，对研究发展过程中的概念争议进行了梳理分析，以便读者对FDA技术研究脉络形成准确的认知；第2章讨论了FDA基本概念，从一般性阵列信号模型出发，分析了FDA雷达信号模型，对比了FDA与传统相控阵的方向图差异；第3章介绍了相干FDA雷达角度依赖匹配接收技术，分析了FDA的时空频信号特征，讨论了同时多波束信号处理方法；第4章介绍了FDA-MIMO雷达基本理论与目标参数估计方法，涵盖FDA-MIMO雷达信号模型、距离依赖性补偿技术、距离-角度参数联合估计与性能分析等内容；第5章介绍了FDA机载雷达距离模糊杂波抑制技术，分析了一维线性和俯仰维FDA机载雷达信号模型；第6章介绍了FDA-MIMO雷达空时距三维处理技术，涵盖FDA-MIMO雷达信号建模分析、空时距三维处理技术及性能分析、非正侧视阵杂波功率谱特性及FDA-MIMO雷达杂波秩分析等内容；第7章介绍了FDA-MIMO雷达抗主瓣转发欺骗干扰技术，涵盖FDA-MIMO雷达信号模型及干扰特性、抗干扰原理和抗干扰方法等内容。
在本书的撰写过程中，徐艳红、王柯祎、阚庆云、武志霞等老师和同学对本书提出了宝贵意见并付出了辛勤劳动。本书的出版得到了人民邮电出版社郭家编辑的帮助。在此一并表示衷心感谢。
由于本人时间和水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。
许京伟
频率分集阵列（Frequency Diverse Array，FDA）也称频控阵，由美国空军研究实验室Antonik博士和Wicks博士等提出[1-3]，是在美国波形分集（Waveform Diversity，WD）研究计划的背景下产生的新概念、新技术。
2002年，美国空军研究实验室Wicks博士发起了关于波形分集技术的研讨，确定了在波形分集广泛领域内开展研究的长期计划，研究目标包括：（1）解决包括雷达在内的电子系统中日益突出的频谱资源冲突问题；（2）挖掘不断发展的数字波形产生技术和自适应数字信号处理技术[4]。在波形分集研究计划这一背景下，2006年，美国空军研究实验室Antonik博士和Wicks博士等提出了FDA新概念和新技术。FDA是指在相控阵的天线阵元（简称阵元）之间引入发射频率差异，例如，在均匀线性阵列（Uniform Linear Array，ULA）的发射阵元之间引入均匀步进的发射频率，且频率步进量远小于天线的参考载频。Antonik等初步分析和验证了FDA方向图的基本特性[3]。
FDA的早期研究主要由美国波形分集研究计划所涉及的研究人员开展，他们开展了对FDA相关特性的分析与探索。2006年，Antonik博士首次在国际会议中公开了FDA的研究进展，提出了FDA距离-角度波束形成的新概念，这与传统的波束形成概念存在很大差异。Antonik在其论文中指出：传统天线方向图是角度的函数，而FDA方向图是距离和角度的函数，引入FDA增加了波束扫描的灵活性[1-2]。实际上，FDA的距离-角度依赖方向图是随着时间变化的，Antonik起初并没有发现这一点，直到2009年他才在他的博士论文中对这一点进行了修正[3]。受到早期的距离-角度依赖方向图能灵活控制自由度这一点的吸引，国际上很多研究人员开始了对FDA的研究和分析。由于FDA的方向图概念与传统相控阵的方向图概念有很大差异，FDA概念提出以后，人们的研究工作主要是对FDA距离-角度波束形成的概念进行分析、电磁仿真与实验验证[4-9]。
随着研究的不断深入，人们对FDA方向图的理解更深入，对发射调制的设计和利用方法也更灵活，FDA发射调控为信号处理带来了更多的自由度，衍生出一系列新技术和新应用，包括发射波束形成、抗干扰、杂波抑制、雷达成像、参数估计、目标检测等，引起了研究人员的广泛关注。这一阶段的研究多由国内的研究机构开展[10-13]，国外的一些研究机构也在同步开展研究。
西安电子科技大学廖桂生教授课题组是国内较早一批开展相关研究的小组。起初，该课题组开展FDA研究工作是为了解决导引头低空下视所面临的距离模糊杂波抑制问题，尝试分析FDA方向图的距离依赖性在解决距离模糊杂波抑制问题中的可行性。在研究过程中，该课题组发现FDA在信息表征域方面具有显著优势：相比已有的阵列天线，FDA增加了距离信息或距离域的表达能力，增加了发射脉冲序列的分辨能力。因此，这一研究工作激发了该课题组对FDA距离域调控信息利用的进一步探索，该课题组提出了时空耦合电场控制与利用的新方法，开拓了FDA雷达目标参数解模糊[14]、主瓣有源干扰抑制[15]、距离模糊杂波抑制[16]、高分辨宽测绘成像[17]等新研究方向。2016年，西安电子科技大学开展FDA雷达原理样机研制与抗干扰技术实验验证。2016—2020年，该课题组结合工程应用约束，发展了阵元脉冲编码（Element-Pulse Coding，EPC）新概念：通过在阵元和脉冲的二维空间中进行联合相位编码，实现雷达发射脉冲序列的分辨。EPC技术进一步拓展了FDA的概念内涵，形成了波形分集阵列（Waveform Diverse Array，WDA）的概念，可以用于解决与距离折叠模糊相关的一类问题。
FDA技术自提出以来吸引了国内外大量研究人员的跟踪和关注，历经多年发展，初步形成了系统的理论、模型和方法。FDA技术的发展过程大致可以分为以下两个阶段。
Antonik博士提出FDA的距离-角度波束形成概念时忽略了时间变量。直到2009年，Antonik才在他的博士论文中修正了最初的概念和模型，增加了对时变性的分析[3]。
在第一阶段中，人们受到早期的距离-角度依赖方向图灵活控制自由度的吸引，开展了大量的研究工作，分析了FDA的距离-角度依赖方向图的特性，并且证明了FDA方向图是受控且可实现的，美国、英国、土耳其及我国的研究人员为此进行了大量的研究工作[1-13]。
FDA距离-角度依赖方向图凭借其特性吸引了众多研究人员关注。研究人员开展了对FDA方向图控制方法的研究，试图寻找一种控制FDA方向图主瓣指向的方法。例如，试图控制方向图主瓣指向某个距离和角度位置，实现真正意义上的距离-角度依赖方向图控制[18-20]。然而，这种尝试仅在瞬时时刻有数学意义，在电磁波传播过程中没有物理意义。有些研究工作忽略了电磁波传播过程，仅考虑了t=0时刻的情况，得出了片面的结论，导致人们陷入对FDA概念的理解误区，也引发了人们对FDA方向图时变性的广泛探讨[21-25]。上述错误概念产生的原因在于忽视了FDA方向图的时变问题，混淆了电场分布（对应电场方向图）和功率分布（对应功率方向图）的概念。在传统天线方向图的研究中，人们很少区分电场方向图和功率方向图，默认讨论的都是功率方向图。然而，在FDA雷达系统中，需要对电场和功率分别进行分析。下面对传统天线方向图与FDA方向图在概念上的本质区别进行进一步的阐述。
● FDA 方向图实质上指的是电场方向图，是在考虑阵列激励信号的条件下得到的时空耦合电场分布。该电场分布随时间的变化遵循电磁波传播的基本原理，即在电磁波传播的直线路径上，不同距离远场位置所历经的电磁波相位历程是完全相同的。文献[11]对FDA方向图特性进行了系统的分析与总结。
● 传统天线方向图通常指的是功率方向图，不随时间变化，在给定工作频点后，不论激励信号如何改变，测量结果都不变。在微波暗室中通过探头测量得到的是功率方向图。
基于上述概念可知，FDA方向图的时变问题本质上源于电磁波传播。因此，从这一观点出发，很容易理解为什么FDA在距离-角度空域中形成固定波束是不可能的。实际上，在2007—2010年，研究人员独立开展了FDA方向图特性研究，最早指出了FDA方向图的时变性，并通过电磁仿真和实验验证，说明了FDA方向图的时空耦合特性，即距离-角度-时间的耦合变化特性，对Antonik的距离-角度依赖方向图概念进行了修正[5-6]。
在FDA早期研究中也开展了一些基于FDA的雷达应用研究，例如，文献[26]中研究了利用FDA距离-角度依赖方向图的距离弯曲特性提高杂波抑制性能，文献[27]中利用FDA距离-角度依赖方向图的波束展宽能力提升雷达成像分辨率。FDA早期研究中对方向图的特性研究并不充分，并且在基于FDA方向图特性的应用分析过程中没有考虑FDA发射调制的作用机理，因此没有充分利用导向矢量中包含的距离和角度信息。
廖桂生教授课题组最早研究出FDA雷达在模糊混叠信号分离方面的数学原理[10-11]，提出基于FDA的目标参数解模糊方法，阐述了FDA在解决脉冲信号分辨问题上的重要优势，开拓了一系列研究方向，激发了众多研究人员的研究兴趣，并开发出雷达领域的许多研究热点，包含以下几个方面。
（1）目标参数估计：FDA 具有距离-角度依赖方向图，人们很早就提出利用这一技术进行距离和角度参数的估计。该技术可以解决连续波体制阵列雷达目标测距的问题。对于脉冲波体制雷达系统，传统测距方法是基于距离门时延进行的，利用大时宽带宽积信号可以实现很高的测距精度，那么基于FDA的目标参数估计有什么意义呢？廖桂生教授课题组提出了基于FDA的目标参数解模糊方法[14]，阐述了FDA距离-角度依赖方向图在解决脉冲信号分辨问题上的重要优势，揭示了FDA发射导向矢量中的距离信息与传统距离门对应的距离信息在本质上的区别。
（2）抗主瓣转发欺骗干扰：文献[15]提出了FDA雷达抗主瓣转发欺骗干扰抑制技术，这是FDA最早应用于欺骗干扰抑制的研究论文之一。2020年，廖桂生教授课题组开展了抗干扰技术外场实验，验证了FDA雷达抗主瓣转发欺骗干扰的理论方法。该课题组在FDA抗干扰研究和实验验证方面取得了大量成果，基于FDA雷达的抗主瓣转发欺骗干扰抑制吸引了国内很多高校和科研院所的跟踪关注。挪威国防研究机构基于上述研究工作，开展了实验验证分析，结果表明FDA具备抗主瓣转发欺骗干扰能力[9]。
（3）距离模糊杂波抑制：基于FDA雷达对发射脉冲序列的分辨能力，并充分利用FDA发射导向矢量中包含的距离信息，文献[16]提出了距离模糊杂波分离与抑制的新方法，分别基于发射方位空域、俯仰空域、多维联合域实现了模糊杂波的分离与抑制的理论分析。然而，上述距离模糊杂波抑制的研究工作是在多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）体制下进行的，仍然受波形正交性的约束，因此，仍需要在波形设计方面开展进一步的研究。
（4）高分辨宽测绘成像：在高分辨宽测绘成像研究方面，FDA距离-角度依赖方向图提供了解决距离模糊回波信号分离问题的新途径，利用该技术可以实现在不同距离区分别进行高分辨宽测绘成像处理[17]。FDA利用发射端自由度实现不同距离模糊区信号的分离，不会消耗接收多通道的自由度，有利于低速动目标显示和参数估计。同样地，高分辨宽测绘成像方法仍然受波形正交性的约束，成像清晰度和对比度较低。
雷达天线扫描方式与信号处理方式密切相关，它从机械扫描方式发展到相控阵扫描方式，再发展到MIMO全数字综合方式。机械扫描天线的方向图取决于天线口面的电流场分布，该电流场通常是连续的、稳定的，因此，该方向图在天线坐标系下是不变的，通过伺服的机械转动实现波束扫描。相控阵扫描天线通过天线阵面相位调控改变天线口面的电流场分布，从而实现波束扫描。MIMO全数字综合方式通过发射正交（非相干）信号（且发射过程不形成方向图），在接收端通过数字信号处理形成发射方向图，从而实现波束扫描。FDA本质上属于MIMO全数字阵列，不同天线发射信号之间的相关性与频率差有关，在接收端可以综合形成发射方向图[28]。FDA与经典MIMO全数字阵列的不同之处在于：由于FDA发射端信号仅存在一个很小的频率偏差，因此在远场空间合成的电场方向图具有良好的规律性（时空耦合性、短时聚焦性）；而经典MIMO全数字阵列在远场空间合成的电场方向图不具有规律性。需要说明的是，FDA与经典MIMO全数字阵列在时间平均统计意义下的功率方向图都近似呈无方向性。图1.1给出了相控阵方向图和FDA方向图对比。
图1.1 相控阵方向图和FDA方向图对比
在连续波体制下，FDA方向图可以理解为主瓣在距离-角度维随时间自动扫描的结果，因此，各个空间方向上的能量是相同的，类似于MIMO技术。由于存在这种自动扫描特性，FDA的平均功率降低至相控阵的1/M（M为FDA天线发射增益）。表1.1给出了相控阵、MIMO和FDA 3种体制的方向图相关特性的比较。
表1.1 3种体制的方向图相关特性的比较
| 阵列体制 |
不同空间方向的时间响应特性 |
方向图的距离依赖性 |
主瓣 |
天线发射增益 |
|---|---|---|---|---|
| 相控阵 |
各向同性 |
与距离无关 |
稳定 |
M2 |
| MIMO |
各向异性 |
随距离变化，无规律 |
无 |
M |
| FDA |
各向异性 |
随距离变化，有规律 |
自动扫描 |
M |
为便于理解，以ULA为例，第m个阵元的发射载频表达式为
（1-1）
其中，
为参考载频，Δf为频率步进量。尽管FDA相对于常规相控阵的改变仅在载频上，但FDA方向图的概念与传统天线方向图的概念存在显著的差别：传统天线方向图仅是角度的函数，表达空间辐射的方向性，与时间无关；FDA方向图不仅与角度有关，而且与距离、时间有关。
阵列天线方向图是由不同阵元发射信号在空间远场合成而形成的。对相控阵而言，如果发射载频相同，那么信号到达空间远场位置时对应的信号简化形式为
（1-2）
其中，j是虚数单位，
表示时延，
表示参考阵元发射信号的传播距离，θ表示发射信号偏离阵列法线的角度，d表示ULA的阵元间距，c表示光速。在空间远场位置，不同阵元之间的相位差仅与波程差ΔR有关，与无关。对FDA而言，信号到达空间远场位置时对应的信号简化形式为
（1-3）
其中，R是发射信号的传播距离。注意到式（1-3）近似过程中省略了相位中关于m的二次项，即2πΔfd(m−1)2sin(θ)/c，通常情况下，当频率步进量远小于参考载频和基带信号带宽时，省略关于m的二次项是合理的。关于二次相位问题的其他分析和讨论，可参阅相关文献[11,16]。由式（1-3）可知，在空间远场位置，不同阵元之间的相位差不仅与波程差ΔR有关，而且与传播距离有关。
图1.2给出了两个阵元情况下的简化示意，其中，ΔR=dsinθ。相控阵的远场方向图受不同阵元之间的相位差
影响，因此，该方向图仅与角度有关。FDA的远场方向图受阵元之间的相位差
影响，因此，该方向图不仅与角度有关，而且与距离、时间有关。
图1.2 两个阵元情况下的简化示意
为了进一步说明相控阵方向图与FDA方向图的差异，这里以ULA为例，分析两种体制下的方向图。假设ULA的阵元间距
，其中，
为参考波长。阵列的加权矢量为全1矢量，空间远场点距离为R。
对于相控阵，它的工作频率均为，远场电场分布为
（1-4）
其中，M为阵列中的阵元数目。电场方向图为
（1-5）
综上可得，相控阵方向图仅是角度的函数。
对于FDA，电磁波空间合成所得的远场电场分布可以表示为
（1-6）
FDA的电场分布与传统相控阵的电场分布不同，它的电场分布中的距离、角度和时间因素不可分离，因此FDA方向图是距离-角度-时间三维依赖的。经过简单的数学推导，进一步将FDA的远场电场分布表示为
（1-7）
式（1-7）等号右侧的第一个指数项与式（1-4）等号右侧的第一项相同，表示电磁波的传播过程。其余的部分共同反映FDA方向图的特性，即它是随时间慢变的，可表示为
（1-8）
由此可见，Antonik定义的FDA距离-角度依赖方向图实质上是FDA方向图在电场分布中随时间慢变的部分，包含激励信号的影响。而传统意义的天线方向图是不依赖于激励信号的。这是相控阵与FDA在方向图定义上的本质区别。
综上所述，FDA的基本特征是：方向图的振幅响应和相位响应均是距离-角度-时间三维依赖的。其中，角度周期与阵元间距和参考载频有关；距离与时间是共生共存的一对变量，距离周期（单程）
，时间周期
。
下面进一步给出关于连续波FDA方向图特性的分析。
● 固定空间距离R可以得到方向图与时间和角度的函数关系，函数的物理意义是以阵列为球心、距离阵列为R的球面上不同角度、不同时刻的电场分布，换句话说，就是电磁波穿越空间球面过程所对应的电场振幅响应。这样的方向图也是通常情况下得到的FDA的测量电场方向图，比相控阵的测量电场方向图更复杂。相控阵的测量电场方向图不依赖于距离，当然也与时间无关。
● 固定时间t可以得到方向图与距离和角度的函数关系。在某一瞬时时刻，空间不同距离和角度的电场强度的测量难度大。随着时间t改变，电场的空间分布也相应地改变。
● 固定角度θ可以得到方向图与距离和时间的函数关系，函数的物理意义是电磁波在某空间方向上的电场分布。这一函数关系对于雷达回波信号处理至关重要。众所周知，相控阵方向图是角度的函数，且不同空间方向对应的信号包络的相位响应是完全相同的，即具有各向同性，因此，空间波束形成和快时间匹配滤波是独立可分离的。而在FDA体制下，在任意空间方向上，信号包络的振幅响应和相位响应均是变化的，并且不同空间方向上的振幅响应和相位响应也不同，即具有各向异性，因此，空间波束形成和快时间匹配滤波往往是耦合在一起不可分离的。
图1.3给出了距离R=3km的空间球面上，FDA辐射的电场强度随角度和时间的变化。图1.4给出了不同瞬时时刻，FDA辐射的电场强度随距离和角度的变化。仿真实验中的角度范围为−90º～90º，距离范围为 1.5～4.5km。由仿真结果可以直观地看出FDA方向图的时变效应。图1.5给出了FDA在不同角度某一距离点对应的电场强度随时间的变化。仿真实验中仅给出了一个时间周期内的电场强度，选取的距离R=3km，发射的基带波形为线性调频信号。
图1.3 电场强度随角度和时间的变化（R=3km）
注：图中的黄色条纹表示的是电场强度最大位置处，其他为旁瓣区域，后面出现的同类电场强度分布图不再进行逐一说明。
图1.4 电场强度随距离和角度的变化（R为1.5～4.5km）
图1.5 FDA在不同角度某一距离点对应的电场强度随时间的变化（R=3km）
美国空军研究实验室的Antonik博士和Wicks博士于2006年提出FDA技术，并开展了原理样机研制与实验分析。Antonik在他的博士论文中详细介绍了实验系统的设计方法和数据分析结果[3]。
发射天线工作于S波段，阵面为3行5列，每列合成一个子阵。每个子阵包含3个阵元，通过4∶1功分器进行激励，其中1路接匹配负载用于发射信号监测。天线子阵间距为0.45个波长（以中心频率3.1GHz为参考），不同子阵分别由独立的信号发生器进行激励，信号发生器产生单频连续波信号，并且不同信号发生器由统一频综进行同步激励。发射天线阵面及射频发射通道如图1.6（a）所示。
为了分析FDA信号特征，接收端通过两个独立可移动的喇叭天线进行信号接收，将接收到的信号放大并混频得到10MHz中频信号，中频信号可以直接通过数字示波器进行观测和数据采集。射频接收通道如图1.6（b）所示。
该实验系统位于美国空军研究实验室的Rome空军基地，该实验系统是发射与接收分置的，如图1.6（c）和图1.6（d）所示。
图1.6 美国空军研究实验室FDA实验系统的FDA雷达、仪器设备及实验场地
实验中通过对不同接收天线的信号进行对比，验证了FDA方向图的角度依赖性（自动扫描特性）和距离依赖性（时变性）。在角度依赖性的验证实验中，通过将喇叭天线放置在不同的角度，测量不同喇叭天线接收信号包络之间的时延，测量结果与理论分析结果基本吻合，验证了FDA发射信号的角度依赖性。在距离依赖性的验证实验中，将喇叭天线沿着雷达视线方向间隔放置，同样测量不同喇叭天线接收信号包络之间的时延，测量结果与理论分析结果基本吻合。图1.7给出了角度依赖性和距离依赖性的实验验证结果。
图1.7 角度依赖性与距离依赖性的实验验证结果
美国堪萨斯大学与美国空军研究实验室联合开展了FDA实验研究，实验验证了线性调频连续波FDA（Linear Frequency Modulated Continuous Wave form FDA，LFMCW-FDA）雷达动目标显示技术。该实验的设计思想源于土耳其中东科技大学与阿塞尔桑公司研制的FDA实验系统（见1.3.3小节）。实验系统由8通道LFMCW-FDA发射机和单通道喇叭接收机组成，目标为运动车辆。收发系统由Zynq UltraScale+ XCZU29DR RFSoC进行同步控制、信号激励和信号接收。LFMCW信号带宽为81.92MHz，频率步进量为204.8kHz，脉冲时间与频率步进量互为倒数，系统工作的中心频率为3.3GHz。图1.8给出了实验系统照片和动目标显示结果。该实验系统有效验证了FDA雷达动目标显示可行性，说明FDA雷达适用于低分辨搜索模式，且具有更大的无模糊距离-多普勒域。
图1.8 LFMCW-FDA实验系统照片和动目标显示结果
英国伦敦大学学院的Huang博士对FDA方向图特性、信号特性进行深入研究，通过CST电磁仿真软件进行了模型验证与电场分布时变性的研究[5]。Huang针对低成本FDA实现方案进行了研究，提出了基于锁相环（Phase-Locked Loop，PLL）的FDA实现方案，并进行了设计加工和测试[5]。图 1.9 给出了 PLL 原理图和频率信号输出测试照片。
图1.9 英国伦敦大学学院的FDA实验系统
土耳其中东科技大学Demir教授课题组与阿塞尔桑公司雷达和电子战系统业务部的Hizal博士带领的小组也是较早开展FDA技术研究的团队。2007年，Secmen等在论文中指出了FDA距离-角度依赖方向图的时间周期性变化问题。2011年，Eker和Demir等提出了FDA的低成本实现方案并进行了加工测试和实验验证[7]。该方案采用一个激励源，信号形式为线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号，通过设计延迟线结构，使得激励源信号到每一个阵元的时延具有线性偏差，不同阵元的时延约为0.55ns，这一时延差决定了不同天线信号的频率差。阵元采用对踵Vivaldi阵元，边缘的哑元接匹配负载。天线工作频率为5～10GHz。图1.10给出了阵列天线正反面照片以及包含射频组件的测试系统照片。实验验证了波束方向图的时间相关性和距离相关性。阿塞尔桑公司雷达和电子战系统业务部的Hizal博士带领的小组，结合雷达系统与信号处理开展了较多的后续研究，该公司的FDA实验系统如图1.11所示。
图1.10 土耳其中东科技大学的FDA实验系统
图1.11 阿塞尔桑公司的FDA实验系统
挪威国防研究机构的Nysaeter研制的实验系统和其抗干扰技术验证的思想源于廖桂生教授课题组的研究工作[15]。该实验系统前端为8×8收发独立的阵元，通过“两块射频板卡+子阵划分”的方式，得到4个2×2子阵，并采用正交波形。实验结果表明，在随机频率步进量条件下，干扰对于目标检测几乎没有影响。图1.12给出了该实验系统照片及其抗干扰处理结果。
图1.12 挪威国防研究机构的FDA-MIMO实验系统
电子科技大学王文钦教授课题组于2017—2021年研制了L、X和Ku波段的3款FDA雷达原理样机及其处理软件系统平台，并开展了对抗干扰实验，图 1.13中给出了多通道信号源、FDA、仿真处理软件、实验现场数据记录等[12]。
图1.13 电子科技大学的FDA实验系统的多通道信号源、FDA、仿真处理软件、实验现场数据记录
西安电子科技大学廖桂生教授课题组开展了 FDA 雷达技术实验验证。2016年，西安电子科技大学开展FDA雷达原理样机研制，并主要验证文献[10]中的雷达抗干扰技术。该实验样机工作频段为X波段，阵面为16×16波导缝隙天线，每一列合成一个子阵，瞬时信号带宽为80MHz，单通道辐射功率为10W。该实验系统由两级本振进行混频，混频过程对于16个收发通道是完全一致的，具有频率偏差的发射信号是由中频数字发射板直接产生的，中频频率为250MHz。中频数字发射板具备软件定义能力，可配置相控阵、MIMO、FDA这3种不同的体制。接收端对16个收发通道的数据进行中频采样后，可以分别支持离线后处理和实时信号处理。2020年，该课题组进行了外场实验，构建了雷达对抗实验环境，包括运动目标、主瓣有源干扰、旁瓣有源干扰。其中，运动目标由合作卡车模拟，卡车上携带的干扰机随车运动，用来模拟主瓣有源干扰。图1.14给出了FDA实验系统的各要素、实验场景、实验数据及输出结果。实验验证了雷达抗干扰技术的可行性。
图1.14 西安电子科技大学的FDA实验系统
（1）FDA概念的提出与发展
FDA的概念一经提出，就引起了研究人员的广泛关注。除1.1.2节已经介绍的相关内容，文献[6]最早从理论上给出了FDA方向图随时间、距离和角度的周期性变化关系，文献[5]中利用电磁仿真软件对FDA的辐射特性进行验证。文献[7]中提出了一种有效的低成本FDA实验系统设计方法，该方法采用LFM信号作为激励源，设计延迟线结构，使得激励源信号到每一个阵元的时延具有线性偏差。意大利的Sammartino等基于FDA思想，提出了频率分集双基雷达系统发射方向图设计方法，使得发射方向图具有距离依赖性[29]。
（2）距离-角度波束形成及错误概念修正的研究过程
文献[30]提出了距离-角度波束形成方法，指出FDA能够将发射能量聚焦到期望的距离-角度空域，并说明了控制FDA方向图主瓣指向期望距离-角度空域的方法，这也是距离-角度波束驻留的早期尝试，有很多人受这一方法的误导。有人进一步提出了自适应的频率步进量选择方法，以提高FDA抗干扰的性能，并且该方法考虑了主瓣指向不同距离和角度的目标。文献[31]针对FDA方向图的时变问题，提出采用脉冲波体制的发射信号实现准静态的发射方向图设计，即通过对发射脉冲时间的约束，实现FDA方向图的准稳态。然而，该方法忽视了信号传播过程的时间约束，实际上，FDA的发射电场的指向（相对于相位中心）在传播过程中是不变的。
文献[18]中提出了时变频率步进量设计方法，期望实现不随时间变化的距离-角度依赖方向图。这一工作是对时不变发射方向图最早的研究，然而，该研究在物理概念和数学分析方面存在误区，得出的结论导致了后续跟踪研究的错误。Khan在文献[19]中又给出了一种基于对数频偏设计的波束形成方法，所得的方向图也是某一瞬时时刻的结果。尽管Khan注意到了土耳其中东科技大学的Secmen在文献[6]中关于FDA方向图时变性的分析，但他没有给出正确的数学和物理解释，得到的研究结果仍是偏离物理机制的错误结果。更加糟糕的情况是，Khan的研究工作对人们造成了错误引导，很多文献对这一错误结果进行了跟踪研究，得出了更多的错误结果。现有文献中所提出的关于实现发射方向图的距离-角度波束形成的方法大多是不可行的[32-35]。
尽管部分研究受到了一些错误概念的影响，仍有一些研究人员对FDA信号和方向图进行了深入的思考，对上述错误概念进行了剖析[11,21-24]。文献[11]中指出发射端的波束形成方法不能解决时变问题，并给出了对方向图特性的物理分析，考虑了脉冲信号传播过程的时间约束，分析了电磁波传播过程的电场特性。文献[21]中考虑了脉冲信号时间约束，分析了电磁波传播过程，指出了波束驻留的错误概念。文献[22]中以电场方向图功率峰值为例，说明了出现t=0的错误原因，分析的出发点是基于电磁波传播时延。文献[23]给出了信号频率与相位的依赖关系，说明了时间与距离是一对互存变量，指出了部分文献对时变性分析的误区。文献[24]中以脉冲信号有效区间为分析出发点，给出了对时变性的分析结果。
需要指出的是，FDA方向图时变问题是可以通过在接收端进行合理的接收处理来解决的，处理后可以获得FDA距离-角度二维方向图，文献[25]、[36]中的研究是典型代表。接收处理的基本思想是：在接收端对不同发射频率的信号进行分离，通过采用各自独立混频的处理方式，获得与时间无关的距离-角度依赖方向图。因此，可以在接收端对期望的距离-角度空域进行匹配接收处理。
受距离-角度波束形成概念的误导，特别是有些文献中指出能够将能量聚焦到期望的距离-角度空域，有些研究人员开展了相关的应用分析。文献[37]中提出利用FDA波束距离-角度调控能力实现低轨道卫星监测的思路，这就是受错误结论影响而形成的错误应用。显然，将能量聚集到空间某一特定距离-角度空域的思路并不可行。有些研究人员则考虑到了物理层安全通信的应用场景，试图屏蔽空间不同距离上的窃听者，这种应用吸引了大量研究人员关注[38]。
通常，在传统阵列雷达系统中，目标角度通过阵列波束形成进行测量，目标距离通过时延进行测量，两者之间互不影响。然而，FDA的发射频率差异带来了距离相关性，发射导向矢量中包含的距离信息可用来进行距离估计，这与传统雷达基于距离门索引（时延）的估计是不同的。因此，在FDA雷达中，不仅回波的时延可以表征目标距离信息，发射天线间的相位关系（发射导向矢量）也可以表征距离信息。值得说明的是，FDA发射导向矢量中距离和角度信息耦合在一起，无法直接通过发射域信号处理确定目标的角度和距离。基于FDA雷达的上述特征，人们开展了FDA参数估计方法研究。
电子科技大学王文钦教授较早开展了基于 FDA 参数估计的研究工作，提出了发射两个脉冲进行目标角度和距离联合估计的方法，通过在第一个脉冲采用零频偏进行角度估计，在第二个脉冲采用有频偏进行距离估计，给出了FDA与相控阵相结合的参数估计方法[39]。土耳其的Çetiner等研究了脉冲波体制下的目标距离和角度参数解耦合方法，通过在发射端采用脉冲波体制FDA，接收端采用相控阵，进行了信号脉冲压缩处理和参数估计，验证了FDA双脉冲参数估计方法[40]。王文钦等考虑了距离和角度联合估计的FDA子孔径方案，通过设计不同的孔径参数并进行优化实现距离和角度参数的估计与解耦合[41]，进一步提出了子阵优化技术，实现了运动目标的距离和角度参数估计。该方法综合利用了多个子阵间的方向图实现了距离-角度二维波束形成，并说明了基于 FDA 的参数估计工作的优势。
本书提出FDA-MIMO雷达基本原理，通过接收端多波形分离与数字混频处理技术，实现对不同发射天线的独立混频处理，从而解决FDA方向图时变问题，同时给出一种基于FDA-MIMO雷达的距离无模糊参数估计方法[14]。实际上，对于脉冲波体制雷达系统，提高时宽带宽积可以提高目标测距精度，该精度相比FDA的测距精度更高。
FDA-MIMO雷达联合发射-接收二维空间，实现了距离-角度二维参数解耦，能够等效获得距离维可控自由度。因此，人们开发了大量基于FDA-MIMO的参数估计方法，分析了基于FDA-MIMO的目标距离和角度参数估计方法的克拉默-拉奥下界（Cramér-Rao Lower-Bound，CRB）性能。文献[42]中结合低空目标多径问题，探讨了基于FDA-MIMO的参数估计问题，利用FDA-MIMO雷达的距离维可控自由度，提升对相干多径信号的分辨和分离能力。文献[43]中讨论了长基线发射阵列栅瓣模糊条件下的目标角度和距离联合估计问题。文献[44]中研究了基于大频偏设计的FDA-MIMO目标角度和距离联合估计方法，解决了距离和角度耦合的问题，通过合成大带宽信号实现距离高分辨估计。文献[45]中研究了认知框架和非认知框架下的基于 FDA 的参数估计方法，拓展了 FDA 体制下介于贝叶斯CRB和期望CRB之间的半期望CRB，修正了参数估计性能界。
参数估计方法的期望指标是高精度和高分辨，人们也研究了雷达超分辨参数估计问题。借鉴传统阵列天线波达方向（Direction Of Arrival，DOA）估计中的思路和方法，很多研究探讨了距离-角度联合超分辨谱估计的问题。文献[46]中提出了基于随机频率步进量设计的参数估计方法，讨论了基于匹配滤波和稀疏重构两种思路的参数估计方法，分析了频率步进量随机分布与参数估计性能之间的关系。人们借鉴了互质阵列基本思想，结合FDA雷达提出了距离-角度二维参数估计方法，提升了系统的目标参数辨识能力。文献[47]将互质阵列的概念推广至脉冲维，提出了距离-角度-多普勒三维参数估计方法，讨论了多维参数解耦和配对的问题。
传统相控阵雷达通过控制阵列加权系数实现波束控制，在目标方向形成最大指向，在干扰方向形成零陷，从而抑制干扰并接收有用信号。然而，相控阵方向图仅是角度的函数，当干扰与目标来自相同方向或者两者之间所形成的空间角度很小时，传统阵列难以兼顾干扰抑制和目标保护，抗干扰的性能损失很大。FDA方向图具有距离-角度二维调控能力，可以区分在时延或距离上有差异的目标和干扰，为抗干扰抑制提供了新的技术途径。
在FDA-MIMO体制下，抗主瓣转发欺骗干扰抑制问题被转化为收发联合域波束形成问题。针对收发联合域波束形成抗干扰面临的协方差矩阵估计问题、目标约束问题、样本奇异问题、阵列误差问题等，人们开展了大量研究。文献[48]讨论了在欺骗干扰与目标混叠情况下，目标污染、目标约束失配等带来的自适应联合波束形成器损失问题，提出了基于特征向量分析方法的目标剔除思路，实现了密集假目标抑制；研究了非合作转发时序条件下的干扰样本挑选方法，提出了基于有效样本筛选的协方差矩阵估计方法，提高了抗干扰波束形成器的稳健性；研究了数据独立（非自适应）的抗干扰方法，即可以调整FDA雷达参数使得转发欺骗干扰位于波束零点附近；进一步分析了数据独立波束形成器的不稳健因素，说明了目标方向存在角度失配、阵列不一致等均会造成波束形成器零点偏离的问题，提出了基于预置多干扰的方向图零点展宽方法。文献[49]分析了FDA-MIMO雷达二次距离依赖性补偿方法在发射-接收二维联合抗干扰中的应用。文献[50]从波形设计的角度讨论了FDA-MIMO抗干扰性能优化问题。文献[51]讨论了阵元优选情况下的FDA-MIMO雷达抗主瓣转发欺骗干扰抑制技术，适用于部分阵元失效的情况。
实际雷达应用中存在很多主瓣内信号分辨和干扰抑制的问题，如雷达探测和成像中的自卫干扰、随队干扰。此外，雷达低空探测面临的多径问题也属于主瓣内信号分辨问题。文献[52]研究了低仰角情况下的多径相干干扰问题，采用FDA-MIMO技术对主瓣内的真目标和多径信号进行分离。
基于 FDA 雷达在发射-接收二维空间进行目标与干扰分离，有些研究进一步拓展了信号分辨的维度。文献[53]借鉴了最小冗余阵列和嵌套阵列概念，利用阵列相关处理中的相位差关系，拓展了发射阵列的等效相位中心数，实现了超越阵元数的干扰辨识和干扰抑制能力。考虑到非合作干扰机转发欺骗干扰的信号模型难以准确描述，人们研究了基于神经网络的处理方法，以提高模型和处理方法的非线性表征能力，进而提高干扰估计准确性和相应的抗干扰性能。文献[54]中讨论了FDA-MIMO雷达智能化抗干扰结构，引入了学习网络以提高协方差矩阵估计性能。
杂波抑制是机载、星载和弹载等运动平台下雷达目标检测的关键，空时自适应处理（Space Time Adaptive Processing，STAP）技术采用空间-时间二维联合滤波，可以有效抑制多普勒谱扩展的地/海杂波，是运动平台杂波抑制的核心技术。经过几十年的技术发展，对于 STAP，已经形成了系统性的理论和方法。然而，对于非正侧面阵列构型情况，当存在距离模糊杂波时，目前的 STAP方法仍存在较大的性能损失。由于存在距离折叠模糊问题，近距杂波与远距杂波在距离维重叠在一起且无法分离，传统STAP方法无法同时补偿重叠的距离模糊杂波。距离模糊杂波抑制问题在高速平台下非常突出，对于这一问题，仅采用系统设计进行模糊规避，在很多情况下无法解决。针对距离模糊杂波分离和抑制的问题，传统的思路是增加俯仰维信号处理能力，包括采用三维STAP、俯仰维波束形成等方法或技术。
本书作者最早从FDA雷达接收信号处理的角度开展了FDA雷达距离模糊杂波抑制的系统性研究，提出了FDA雷达距离模糊杂波分离和抑制的理论方法，该方法在本质上利用FDA雷达区分不同脉冲信号的能力，实现了折叠的距离模糊杂波的分离。文献[16]提出了一维等距线阵FDA-STAP技术，将发射多通道阵列与接收脉冲进行联合处理，提出了二次距离依赖性补偿（Secondary Range-Dependent Compensation，SRDC）方法，解决了FDA引入的快时间距离空变因子的有效补偿问题，利用发射导向矢量中包含的距离模糊信息差异，将近距杂波和远距杂波在发射空间频域进行分离，可解决二重距离模糊杂波抑制问题。文献[55]提出了俯仰维FDA-STAP技术，利用了俯仰维频域杂波功率谱分布的特点，通过FDA增大了不同距离模糊杂波在俯仰维频域的差异，进而通过俯仰维波束形成进行预滤波，实现不同距离模糊杂波的分离，进而并行对各个距离模糊区进行杂波抑制，从而提高了模糊杂波分离能力和杂波抑制性能；提出了基于FDA-MIMO的STAP技术，在收发空域和多普勒域进行发射-接收脉冲的三维自适应处理，并将距离模糊杂波在发射-接收域进行分离，联合多普勒域进行自适应杂波补偿和杂波抑制，这等价于找到了一个新维度进行空时谱搬移，有效实现了距离模糊杂波抑制和动目标显示。文献[56]修正了FDA-MIMO-STAP距离模糊杂波秩的计算结果，证明了当空间无栅瓣且多普勒无模糊的情况下，距离模糊杂波抑制的最大距离模糊数为M−1（M为阵元数目）。
文献[57]讨论了FDA雷达空时距联合信号处理器设计问题，分析了三维空间局域化处理、多波形分离等问题，讨论了不同参数条件下的三维处理器性能；讨论了FDA雷达高速目标多普勒功率谱扩展问题，提出了杂波抑制和多普勒解模糊处理方法；讨论了FDA雷达子空间杂波秩的计算和估计方法，该方法可用于FDA雷达杂波建模与分析；将张量处理应用于FDA-MIMO-STAP中，分析了利用FDA雷达空时距联合信号处理器进行距离模糊杂波抑制的性能优势。文献[58]针对天基预警雷达多重模糊杂波抑制的问题，将方位维EPC技术与俯仰维FDA技术相结合，拓展了FDA雷达距离模糊杂波分离能力，提高了杂波抑制性能。文献[59]提出了基于俯仰维FDA雷达的距离模糊杂波分离方法，利用了相干FDA发射空间角度与频率之间的耦合关系，同时结合了慢时间多普勒域的杂波分离技术，实现了不同距离模糊区回波信号的提取。
实际上，FDA杂波抑制技术仍面临诸多问题：第一，需要在发射导向矢量中提取和利用距离模糊信息，因此发射通道分离受限于正交波形的分离性能；第二，杂波功率谱在距离上的扩展程度与频率步进量有关，SRDC方法仅适用于频率步进量较小的情况。
雷达成像技术已经广泛应用于现代国防和民用领域，更高的分辨率和更大的成像幅宽是雷达成像技术追求的目标。FDA雷达改变了天线辐射方式，FDA方向图具有距离-角度-时间三维依赖特性，在天线扫描覆盖方式上与传统雷达不同。FDA概念提出的早期，人们开展了基于FDA方向图特性的雷达高分辨成像方法研究，主要分析了方向图拥有的波束展宽能力，等效于利用天线方向图扫描达到聚束成像的效果。文献[60]考虑在距离-角度维进行自适应处理，这样做能够有效提高系统的抗干扰能力和距离旁瓣抑制能力。
本书作者最早开展了基于FDA的高分辨宽测绘成像方法研究，利用FDA雷达脉冲回波分离方法可以实现对距离模糊回波信号的分离和成像，从而缓解脉冲重频设计的冲突问题，以及雷达成像系统的最小天线面积约束问题。王寒冰等在文献[61]中提出了基于 EPC 技术的距离模糊回波分离方法，即不同距离区对应不同的发射方向图权矢量，在接收处理时，通过解码即可恢复特定区域的回波信号，从而实现不同距离模糊区回波信号的分离。张梦迪等在文献[62]中提出基于多子带FDA的高分辨宽测绘成像方法，通过子阵内FDA实现不同距离模糊区回波信号的分离，解决宽覆盖条件下不同距离模糊区回波信号分离问题，同时利用不同子阵间的大频偏信号进行频偏拼接处理，实现高分辨成像。
文献[63]～[64]中研究了基于俯仰维波束形成和方位维FDA相结合的高分辨宽测绘成像解模糊方法，解决了距离维周期性和非周期性模糊问题，大大提高了高分辨宽测绘成像的解模糊能力。
FDA的早期研究主要停留在发射方向图分析层面，在很长一段时间内对接收处理的研究很少。为了区分方便，根据FDA雷达发射基带信号的正交性，将FDA雷达分为相干FDA雷达和正交FDA雷达，这两种体制对应的处理架构有很大的差异[11]。正交FDA雷达，也就是FDA-MIMO雷达，将FDA与MIMO技术相结合，在接收端实现了发射通道分离，并采用了各自独立的发射混频结构，实现了距离-角度维信息提取和利用，这种体制已经成为FDA领域的重要研究方向。相干FDA雷达的发射基带信号为相干信号，与最初提出的FDA雷达结构完全相同。相干FDA雷达的发射基带信号完全相同，当频率步进量较小时，在接收端难以分离发射通道，无法直接获得发射阵元或发射自由度，因此，该信号处理方法与FDA-MIMO体制下的信号处理方法存在较大差异。
文献[28]中讨论了相干FDA雷达信号接收问题，提出了距离-角度匹配接收处理方法，进一步讨论角度依赖匹配滤波处理方法，分析了相干FDA雷达距离分辨率、发射波束形成、同时多波束等基本问题，为相干FDA雷达技术研究提供了重要参考。基于相干FDA雷达的特性，可以充分利用FDA雷达发射覆盖性能，为宽覆盖广域目标长时间凝视处理提供基础。
相干FDA雷达具有宽发窄收的特点，发射方向图具有时间-角度耦合、频率-角度耦合等特点。由于空频耦合关系，基于LFM基带波形情况，相干FDA雷达在某一方向上辐射信号的有效带宽大大缩小。人们分析了距离分辨率与阵列规模的关系，提出了基于子阵优化相干FDA设计的距离分辨恢复方法。文献[65]利用相干FDA雷达空频耦合的特点，研究了分段LFM信号的波束形成方法。文献[66]研究了相干FDA雷达低旁瓣失配滤波器设计方法，并利用二阶凸锥规划数学优化方法，实现了宽覆盖和高分辨探测。人们还讨论了相干FDA雷达实现无人机监视的有效性，说明利用FDA的宽覆盖特性可以对低空慢速目标进行长时间观测，极大提高目标点迹数据率，并改善目标跟踪性能；综合利用权矢量设计和波形设计，在子脉冲内进行波形拼接设计，在雷达多功能辐射调控应用方面具有一定的参考价值。文献[67]基于CRB性能分析方法，讨论了相干FDA雷达的参数测量性能。
FDA增加了发射端频率调控设计的自由度，延伸形成了WDA的概念，拓展了发射端频率、时延、相位等空时频联合调控设计能力，带来了更高的信号处理灵活性，在信号检测、杂波抑制、干扰抑制、参数估计等方面具有重要优势，是雷达系统体制和信号处理技术发展的新方向，对于解决复杂电磁和地理环境下的强干扰和强杂波抑制问题，以及进行目标多维度联合信号处理等具有重要意义。尽管已有的研究工作中开展了大量的FDA雷达理论和方法研究，但距离实际工程应用仍有差距，以下内容仍值得深入研究。
在已有的研究工作中，人们已经基本建立了FDA雷达抗主瓣转发欺骗干扰的模型，给出了抗主瓣转发欺骗干扰抑制的约束条件，分析了抗干扰性能的影响因素，并在实验中验证了抗干扰技术的效能。然而，在实际复杂电子干扰环境下，不仅存在转发欺骗干扰，还存在噪声类干扰，以及复合调制的干扰，而且这些干扰分布在空间主瓣和旁瓣方向上。因此，以下3个方向值得深入研究：FDA雷达基带波形设计方法，FDA雷达与时频捷变技术相结合，分布式孔径雷达相控阵与FDA双模式协同方法。
已有研究从理论上阐述了FDA雷达实现距离模糊杂波抑制的优势，然而，现有研究的物理基础仍然是FDA-MIMO体制，杂波抑制性能受到正交波形设计的严重制约。特别是在复杂地/海背景下，杂波在角度维和距离维扩展，已有的正交波形均难以满足杂波抑制对积分旁瓣比的要求，导致杂波抑制性能提升空间十分有限。因此，杂波抑制技术仍然是运动平台下视工作下FDA面临的技术难点。以下3个方向值得进一步研究：多维度或变换域的通道分离与等效波形正交设计，基于非理想正交波形的杂波抑制性能分析，非均匀杂波抑制。
以全空域搜索警戒任务为例，FDA雷达和相控阵雷达相比，在相同的系统规模和功率约束下，对目标的探测威力是相同的。上述结论成立的条件是FDA雷达对目标的有效积累时间是相控阵雷达的M倍（M为FDA发射通道数）。相控阵雷达波束集中分布，在相干处理间隔内具有较高的平均功率。而FDA雷达具有宽发波束，等效雷达平均功率下降为相控阵雷达的1/M（全空域覆盖情况），因此，只有通过将相干积累时间增大至相控阵雷达的M倍，才能获得与相控阵雷达相同的对目标的探测威力。实际应用中存在如下两种情况：（1）对于中低速运动目标探测问题，通常在较长时间内目标的散射相干性强，相控阵雷达按照波位编排进行扫描，而FDA雷达利用宽发覆盖的特点，可以通过上述增加相干处理间隔的方式，得到近似相控阵雷达甚至超过相控阵雷达的探测性能；（2）对于高速运动目标探测问题，相控阵雷达在集中能量的同时也将采用尽可能长的相干处理间隔进行目标积累，此时，FDA雷达在相干处理间隔上难以获得更多积累时间，探测性能将低于相控阵雷达的探测性能。因此，从雷达功率效率来看，FDA雷达适用于低空目标监视场景，特别是中低速运动目标甚至集群目标探测的应用场景。
雷达系统的功能通常是指具体工作模式和工作参数下的雷达行为，如空中动目标显示（Airborne Moving Target Indication，AMTI）、地面动目标显示（Ground Moving Target Indication，GMTI）、边搜索边跟踪（Track-While-Scan，TWS）、同时搜索和跟踪（Track And Scan，TAS）、条带式合成孔径雷达（StripMap Synthetic Aperture Radar，StripMap SAR）、扫描式合成孔径雷达（ScanSAR）等。而雷达系统的任务通常是指在雷达实战应用中完成应用目的的一系列行为的组合，例如，机载预警雷达完成一次预警任务通常会使用多种功能，如AMTI、GMTI、全空域探测、重点扇区探测等。
现有雷达系统的不同功能往往是各自独立设计的，不同功能对空时频资源和雷达参数的设计要求差异很大，甚至存在设计冲突，常常出现不同功能之间难以兼容的问题。例如，动目标显示功能通常采用带宽为几兆赫兹的窄带信号，天线以机扫或相扫方式实现360°区域或重点扇区的覆盖；而雷达成像功能的发射信号通常是几百兆赫兹以上的宽带信号，且天线波束扫描范围有限甚至指向固定。因此，现有雷达系统的不同功能之间通常采用时分的工作方式，同一功能之间存在数据和信息缺失问题，且不同功能之间切换时延大，难以满足瞬息万变的现代战争局势在动态和静态信息感知上的需求。
上述不同雷达功能之间的波束扫描、信号带宽冲突问题，需要从雷达发射端设计及相应信号处理上寻求解决途径，以实现雷达多功能同步。FDA 雷达通过发射端的空间、频率、相位等维度进行综合调控设计与优化，可形成时空耦合发射方向图，具有多功能发射信号共存调制能力，是极具潜力的雷达多功能融合处理技术。首先，FDA 方向图具有发射宽覆盖和接收窄波束重聚焦能力，为多功能雷达波束可重构提供了途径。其次，FDA 雷达具有窄带信号对齐和宽带信号拼接能力，为多功能雷达信号频谱可重构提供了思路。FDA 雷达通过空间波束与信号频谱的重构和信号处理，有望解决频谱和孔径共享的信号级融合难题，解决传统雷达多功能集成“相加而不相融”的问题，实现雷达目标探测与高分辨成像功能的收发全链路信号级融合，提升雷达多功能融合性能。
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