2012年  1卷  第1期

综述
摘要:
星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)作为一种主动式微波成像传感器,能够不受天气、气候以及光线的影响,可以全天时、全天候地成像,因此,星载合成孔径雷达已发展成为一种不可或缺的对地观测工具。随着技术的进步,未来星载SAR 将实现高分辨率宽测绘带、低成本、小型化、多基多模式微波成像,并具有地面运动目标指示的能力,在最小的成本下获得最丰富的地物信息。这迫切需要星载SAR 系统在新模式、新体制、新技术方面取得重大突破。该文将围绕星载合成孔径雷达技术发展现状及未来趋势展开论述。 星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)作为一种主动式微波成像传感器,能够不受天气、气候以及光线的影响,可以全天时、全天候地成像,因此,星载合成孔径雷达已发展成为一种不可或缺的对地观测工具。随着技术的进步,未来星载SAR 将实现高分辨率宽测绘带、低成本、小型化、多基多模式微波成像,并具有地面运动目标指示的能力,在最小的成本下获得最丰富的地物信息。这迫切需要星载SAR 系统在新模式、新体制、新技术方面取得重大突破。该文将围绕星载合成孔径雷达技术发展现状及未来趋势展开论述。
摘要:
该文介绍了利用新近研制的全数字主被动一体化高频地波雷达系统,开展我国首次基于DRM (Digital Radio Mondiale)数字调幅广播的高频外辐射源雷达(HF Passive Bistatic Radar, HFPBR)实验研究的情况。论述了该体制雷达的理论、关键技术、探测设备和外场实验,给出了不同条件下(包括地波模式、天波模式、天地波混合传播模式)的典型探测结果,在国际上首次从实验上证实了利用DRM 广播信号实现超视距无源探测的技术可行性,为该探测技术的发展奠定了理论与实验基础。 该文介绍了利用新近研制的全数字主被动一体化高频地波雷达系统,开展我国首次基于DRM (Digital Radio Mondiale)数字调幅广播的高频外辐射源雷达(HF Passive Bistatic Radar, HFPBR)实验研究的情况。论述了该体制雷达的理论、关键技术、探测设备和外场实验,给出了不同条件下(包括地波模式、天波模式、天地波混合传播模式)的典型探测结果,在国际上首次从实验上证实了利用DRM 广播信号实现超视距无源探测的技术可行性,为该探测技术的发展奠定了理论与实验基础。
摘要:
该文着眼于历史、现实和未来的时间尺度,从目标、环境和任务等外因与方式、能力和资源等内因相互作用的视角,对雷达技术的发展动因和阶段特征进行分析寻证后认为,在通道构型、视角覆盖和信号维度等方面,实现由低维度探测向高维度探测的阶梯式演进,是雷达技术发展的基本规律,而改变信息获取方式、提升实现能力和增大资源利用,是雷达技术创新的主要途径。文中还据此推演了未来雷达技术的发展方向和主要特征,并提出了促进创新发展的建议。 该文着眼于历史、现实和未来的时间尺度,从目标、环境和任务等外因与方式、能力和资源等内因相互作用的视角,对雷达技术的发展动因和阶段特征进行分析寻证后认为,在通道构型、视角覆盖和信号维度等方面,实现由低维度探测向高维度探测的阶梯式演进,是雷达技术发展的基本规律,而改变信息获取方式、提升实现能力和增大资源利用,是雷达技术创新的主要途径。文中还据此推演了未来雷达技术的发展方向和主要特征,并提出了促进创新发展的建议。
论文
摘要:
传统的脉冲多普勒雷达存在严重的测距测速模糊和盲区效应。该文结合压缩感知理论,考虑在正常脉冲重复间隔(Pulse Repetition Interval, PRI)上叠加一个随机扰动,并把PRI的随机变化巧妙转化为稀疏观测矩阵的受限等距性质(Restricted Isometry Property, RIP),提出了一种新的全相参动目标检测(Moving Target Detection, MTD)技术。并重点研究了距离速度模糊消除技术,给出了不模糊测距测速的参数设计充分条件。仿真实验结果表明,该方案检测性能高、无模糊、无盲区,并且相比传统的多脉冲串参差重频方法而言,只需一个脉冲串,大大缩短了相参处理周期。 传统的脉冲多普勒雷达存在严重的测距测速模糊和盲区效应。该文结合压缩感知理论,考虑在正常脉冲重复间隔(Pulse Repetition Interval, PRI)上叠加一个随机扰动,并把PRI的随机变化巧妙转化为稀疏观测矩阵的受限等距性质(Restricted Isometry Property, RIP),提出了一种新的全相参动目标检测(Moving Target Detection, MTD)技术。并重点研究了距离速度模糊消除技术,给出了不模糊测距测速的参数设计充分条件。仿真实验结果表明,该方案检测性能高、无模糊、无盲区,并且相比传统的多脉冲串参差重频方法而言,只需一个脉冲串,大大缩短了相参处理周期。
摘要:
该文提出了一种基于高分辨率多普勒波束锐化图像的适用于双通道广域监视雷达系统的地面动目标检测、定位和测速方法。首先,分析了广域监视雷达系统的回波特性,给出了杂波抑制和参数估计算法。然后,针对双通道参数估计精度低的问题,提出了提高动目标参数估计精度的算法。最后,针对参数估计时模糊严重的问题,给出了有效的解模糊算法。仿真数据和实际飞行数据证明了该文方法的有效性。 该文提出了一种基于高分辨率多普勒波束锐化图像的适用于双通道广域监视雷达系统的地面动目标检测、定位和测速方法。首先,分析了广域监视雷达系统的回波特性,给出了杂波抑制和参数估计算法。然后,针对双通道参数估计精度低的问题,提出了提高动目标参数估计精度的算法。最后,针对参数估计时模糊严重的问题,给出了有效的解模糊算法。仿真数据和实际飞行数据证明了该文方法的有效性。
摘要:
针对传统联合估计方法计算量大、需要多维谱峰搜索的问题,该文提出了一种基于垂直阵列结构的任意初始相位非圆信号2 维DOA (Direction Of Arrival)和初相联合估计方法,利用垂直阵列特点,将3维参数估计问题转化为可并行处理的3个2维参数估计,在每一个子阵上,同时使用噪声子空间正交性和信号子空间旋转不变性,将2维参数估计进一步转化为1维估计问题,最终只需要对扩展协方差矩阵进行一次特征分解即可实现2维DOA和初相的联合估计及自动配对。该方法适用于空间信源处于过载的情形和低信噪比、短快拍环境,可估计信源数为2(M1)。数值仿真验证了该算法的有效性。 针对传统联合估计方法计算量大、需要多维谱峰搜索的问题,该文提出了一种基于垂直阵列结构的任意初始相位非圆信号2 维DOA (Direction Of Arrival)和初相联合估计方法,利用垂直阵列特点,将3维参数估计问题转化为可并行处理的3个2维参数估计,在每一个子阵上,同时使用噪声子空间正交性和信号子空间旋转不变性,将2维参数估计进一步转化为1维估计问题,最终只需要对扩展协方差矩阵进行一次特征分解即可实现2维DOA和初相的联合估计及自动配对。该方法适用于空间信源处于过载的情形和低信噪比、短快拍环境,可估计信源数为2(M1)。数值仿真验证了该算法的有效性。
摘要:
该文介绍一种阵列天线波束形成的新算法投影矩阵法,包括复系数、仅相位、仅幅度的波束形成技术,并推广应用到多目标波束综合设计中。文中首先给出采用投影矩阵法进行阵列天线复系数和仅相位波束形成的计算方法,然后提出仅幅度控制下的投影矩阵法,并进一步应用到多目标波束同时优化设计中。该文计算了多种工程应用例子,特别是满足全口径和多子孔径波束优化的仅幅度控制技术、满足多波束优化的仅相位控制及共用幅度优化技术,对算例的设计达到了采用优化激励系数控制波束指向、波束赋形、旁瓣电平等性能要求,实现了阵列天线的波束形成。仿真结果说明了投影矩阵法的有效性,适用范围广泛。 该文介绍一种阵列天线波束形成的新算法投影矩阵法,包括复系数、仅相位、仅幅度的波束形成技术,并推广应用到多目标波束综合设计中。文中首先给出采用投影矩阵法进行阵列天线复系数和仅相位波束形成的计算方法,然后提出仅幅度控制下的投影矩阵法,并进一步应用到多目标波束同时优化设计中。该文计算了多种工程应用例子,特别是满足全口径和多子孔径波束优化的仅幅度控制技术、满足多波束优化的仅相位控制及共用幅度优化技术,对算例的设计达到了采用优化激励系数控制波束指向、波束赋形、旁瓣电平等性能要求,实现了阵列天线的波束形成。仿真结果说明了投影矩阵法的有效性,适用范围广泛。
摘要:
地面平面场是用于进行全尺寸或缩比目标模型静态散射特性测量的室外场地。该文从地面平面场的特点入手,分析了在进行目标雷达散射截面(RCS)测量时,目标和定标体因受到测量环境影响而产生的定标误差。在简要阐述地面平面场中的异地定标技术的基础上,综合考虑地面反射和天线方向性两方面的因素,研究了定标体回波强度与放置位置的关系,分析了地面平面场与自由空间的定标之间的差异以及由此所带来的测量误差。最后,通过计算机仿真得到了异地定标误差随定标体测量距离、测量频率以及天线波束宽度的变化规律。通常情况下,定标体放置在靠近目标的位置有利于减小异地定标误差。 地面平面场是用于进行全尺寸或缩比目标模型静态散射特性测量的室外场地。该文从地面平面场的特点入手,分析了在进行目标雷达散射截面(RCS)测量时,目标和定标体因受到测量环境影响而产生的定标误差。在简要阐述地面平面场中的异地定标技术的基础上,综合考虑地面反射和天线方向性两方面的因素,研究了定标体回波强度与放置位置的关系,分析了地面平面场与自由空间的定标之间的差异以及由此所带来的测量误差。最后,通过计算机仿真得到了异地定标误差随定标体测量距离、测量频率以及天线波束宽度的变化规律。通常情况下,定标体放置在靠近目标的位置有利于减小异地定标误差。
摘要:
在进行战场电磁环境的数字化构建过程中,需要结合各类环境要素对电波的传播过程进行建模和仿真。抛物方程(Parabolic Equation, PE)描述的模型适用于从视距到超视距区域计算电波的传播特性,并有分步傅里叶法(Split-Step Fourier Transform, SSFT)对模型进行计算,但该算法是基于步长迭代的方法,不易并行化实现,在计算大区域电磁传播时难以满足时间上的需求,给战场电磁环境的快速构建带来困难。该文提出一种基于矩阵转置的并行计算方法,构造2 维矩阵并按行或列分发给不同的进程,实现了算法的并行计算。该方法能够充分利用计算集群的运算能力,降低了计算时间。计算机仿真结果表明并行算法相对于串行算法能达到4 倍的加速比,验证了该方法的有效性。 在进行战场电磁环境的数字化构建过程中,需要结合各类环境要素对电波的传播过程进行建模和仿真。抛物方程(Parabolic Equation, PE)描述的模型适用于从视距到超视距区域计算电波的传播特性,并有分步傅里叶法(Split-Step Fourier Transform, SSFT)对模型进行计算,但该算法是基于步长迭代的方法,不易并行化实现,在计算大区域电磁传播时难以满足时间上的需求,给战场电磁环境的快速构建带来困难。该文提出一种基于矩阵转置的并行计算方法,构造2 维矩阵并按行或列分发给不同的进程,实现了算法的并行计算。该方法能够充分利用计算集群的运算能力,降低了计算时间。计算机仿真结果表明并行算法相对于串行算法能达到4 倍的加速比,验证了该方法的有效性。
SAR专题论文
摘要:
该文针对调频连续波合成孔径雷达(Frequency Modulated Continuous Wave Synthetic Aperture Radar, FMCW-SAR)在斜视模式下聚焦精度降低的问题,提出一种非线性尺度变换chirp-z 成像算法。该算法利用回波信号在多普勒域中距离向的非线性特性,通过引入一个非线性调频信号对回波信号进行基于chirp-z 的非线性尺度变换,降低距离压缩和距离徙动校正的误差,提高雷达图像分辨率。采用该成像算法对点目标模拟回波的成像结果与原始chirp-z 算法相比,距离向分辨率和图像对比度得到提高,方位向分辨率保持不变。 该文针对调频连续波合成孔径雷达(Frequency Modulated Continuous Wave Synthetic Aperture Radar, FMCW-SAR)在斜视模式下聚焦精度降低的问题,提出一种非线性尺度变换chirp-z 成像算法。该算法利用回波信号在多普勒域中距离向的非线性特性,通过引入一个非线性调频信号对回波信号进行基于chirp-z 的非线性尺度变换,降低距离压缩和距离徙动校正的误差,提高雷达图像分辨率。采用该成像算法对点目标模拟回波的成像结果与原始chirp-z 算法相比,距离向分辨率和图像对比度得到提高,方位向分辨率保持不变。
摘要:
原始的频率变标算法(Frequency Scaling, FS)用于调频连续波SAR 成像处理时,会导致严重的距离频谱混叠。该文从频率变标算法原理出发,结合傅立叶变换的尺度变换性质从距离时域和距离频域的角度进行分析,通过引入归一化因子,提出了一种消除距离频谱混叠的改进FS 算法。该算法保留了原RVP 项,并且不改变原始FS算法的处理步骤和处理效率。最后利用该算法对点目标进行聚焦成像,验证了该算法的有效性。 原始的频率变标算法(Frequency Scaling, FS)用于调频连续波SAR 成像处理时,会导致严重的距离频谱混叠。该文从频率变标算法原理出发,结合傅立叶变换的尺度变换性质从距离时域和距离频域的角度进行分析,通过引入归一化因子,提出了一种消除距离频谱混叠的改进FS 算法。该算法保留了原RVP 项,并且不改变原始FS算法的处理步骤和处理效率。最后利用该算法对点目标进行聚焦成像,验证了该算法的有效性。
摘要:
工作在低频段的SAR 容易受到射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)的影响,而导致SAR图像质量的恶化。对于重复轨道InSAR来说,RFI的存在还会影响其干涉相位。针对此问题,该文将实测RFI信号加入仿真的典型圆锥场景回波,进行成像和干涉处理,给出了干扰前后的成像和干涉处理结果,分析了实测RFI对SAR 图像幅度、相位和重复轨道干涉处理的影响。最后使用频域陷波方法对机载P波段重复轨道InSAR实际数据中的RFI信号进行干扰抑制,给出了干扰抑制前后的重复轨道干涉处理结果,验证了仿真分析的正确性,表明了该文干扰抑制方法对减小由RFI引入干涉相位误差的有效性。 工作在低频段的SAR 容易受到射频干扰(Radio Frequency Interference, RFI)的影响,而导致SAR图像质量的恶化。对于重复轨道InSAR来说,RFI的存在还会影响其干涉相位。针对此问题,该文将实测RFI信号加入仿真的典型圆锥场景回波,进行成像和干涉处理,给出了干扰前后的成像和干涉处理结果,分析了实测RFI对SAR 图像幅度、相位和重复轨道干涉处理的影响。最后使用频域陷波方法对机载P波段重复轨道InSAR实际数据中的RFI信号进行干扰抑制,给出了干扰抑制前后的重复轨道干涉处理结果,验证了仿真分析的正确性,表明了该文干扰抑制方法对减小由RFI引入干涉相位误差的有效性。
摘要:
该文针对两发两收SAR 系统分离混合回波信号时的互相关噪声问题,提出了一种基于限幅滤波器和逆滤波的互相关噪声抑制方法。该方法通过限幅滤除了互相关噪声的大部分能量,从而达到较好的抑制互相关噪声的目的。同时详细给出了该方法的原理和实现步骤。并通过计算机仿真和对积分旁瓣比等的定量计算证明了该方法的有效性。 该文针对两发两收SAR 系统分离混合回波信号时的互相关噪声问题,提出了一种基于限幅滤波器和逆滤波的互相关噪声抑制方法。该方法通过限幅滤除了互相关噪声的大部分能量,从而达到较好的抑制互相关噪声的目的。同时详细给出了该方法的原理和实现步骤。并通过计算机仿真和对积分旁瓣比等的定量计算证明了该方法的有效性。
摘要:
星载合成孔径雷达(SAR)系统需要对收发通道相位稳定性进行测试,以评估系统成像性能。该文基于少量设备,结合FFT 变换、匹配滤波和插值处理,给出了两种星载SAR 系统收发通道相位稳定性测试方法,以实现SAR 收发通道相位稳定性高精度测试,并对两种方法的测试结果进行比较。某型号星载SAR 模样机系统实际测试结果验证了上述方法的可行性和有效性。 星载合成孔径雷达(SAR)系统需要对收发通道相位稳定性进行测试,以评估系统成像性能。该文基于少量设备,结合FFT 变换、匹配滤波和插值处理,给出了两种星载SAR 系统收发通道相位稳定性测试方法,以实现SAR 收发通道相位稳定性高精度测试,并对两种方法的测试结果进行比较。某型号星载SAR 模样机系统实际测试结果验证了上述方法的可行性和有效性。
摘要:
道路交叉口是道路网的重要组成部分,对GIS 数据更新、影像匹配、目标检测等具有重要作用。由于受各种干扰以及道路与周围地物对比度不明显等影响,传统道路交叉口检测方法很难应用于高分辨率SAR 图像。该文提出一种直接检测识别道路交叉口的新方法。该方法先根据交叉口的灰度特征,利用形态学变换,全局搜索交叉口候选区域中心点位置|然后以此为局部窗口中心,采用多阈值Otsu分割出各个局部窗口内道路目标|接着根据交叉口的几何特征,通过矩形旋转得到角度均值图,获取与交叉口相连的道路个数,最终识别出交叉口的类型。使用1 m 机载高分辨率SAR 图像进行实验,结果证明该方法可有效提取出各种干扰下的交叉口目标。 道路交叉口是道路网的重要组成部分,对GIS 数据更新、影像匹配、目标检测等具有重要作用。由于受各种干扰以及道路与周围地物对比度不明显等影响,传统道路交叉口检测方法很难应用于高分辨率SAR 图像。该文提出一种直接检测识别道路交叉口的新方法。该方法先根据交叉口的灰度特征,利用形态学变换,全局搜索交叉口候选区域中心点位置|然后以此为局部窗口中心,采用多阈值Otsu分割出各个局部窗口内道路目标|接着根据交叉口的几何特征,通过矩形旋转得到角度均值图,获取与交叉口相连的道路个数,最终识别出交叉口的类型。使用1 m 机载高分辨率SAR 图像进行实验,结果证明该方法可有效提取出各种干扰下的交叉口目标。