2017年  6卷  第1期

论文
摘要:
激光合成孔径雷达(SAL)结合了光相干探测技术和合成孔径成像技术,其微弱信号检测能力达到光子量级、成像分辨率可以突破望远镜衍射孔径极限,可以获得高分辨率图像而不受探测距离影响。针对SAL系统在成像幅宽方面的技术短板,在介绍激光合成孔径雷达与扫描成像激光雷达(LiDAR)各自发展阶段和技术特点的基础上,该文提出合成孔径技术与激光扫描技术相结合,在实现高分辨率成像同时突破SAL技术的成像幅宽限制。通过对扫描模式下SAL信号模型分析、机载SAL外场飞行成像实验和地面目标合成孔径成图计算,该文展示了SAL在远程、高分辨率和扫描成像中的应用潜力,提出了弥补现有SAL技术在成像幅宽和作业效率方面的缺憾的方法,为SAL系统在大幅宽、高分辨率对地观测以及空天弱目标ISAL成像提供了科学技术手段。 激光合成孔径雷达(SAL)结合了光相干探测技术和合成孔径成像技术,其微弱信号检测能力达到光子量级、成像分辨率可以突破望远镜衍射孔径极限,可以获得高分辨率图像而不受探测距离影响。针对SAL系统在成像幅宽方面的技术短板,在介绍激光合成孔径雷达与扫描成像激光雷达(LiDAR)各自发展阶段和技术特点的基础上,该文提出合成孔径技术与激光扫描技术相结合,在实现高分辨率成像同时突破SAL技术的成像幅宽限制。通过对扫描模式下SAL信号模型分析、机载SAL外场飞行成像实验和地面目标合成孔径成图计算,该文展示了SAL在远程、高分辨率和扫描成像中的应用潜力,提出了弥补现有SAL技术在成像幅宽和作业效率方面的缺憾的方法,为SAL系统在大幅宽、高分辨率对地观测以及空天弱目标ISAL成像提供了科学技术手段。
摘要:
高分三号SAR卫星是我国首颗空间分辨率达到1 m的C波段多极化合成孔径雷达成像卫星,于2016年8月成功发射,并通过5个月的在轨测试任务,于2017年1月正式交付用户单位使用。该文利用高分三号卫星实际在轨监测数据,分析了从数据采集、大气传输到成像处理与几何定位的全链路系统级几何定位误差源,并进行了基于角反射器的几何定位精度验证实验。实验结果表明,高分三号SAR卫星系统几何定位精度可以达到3 m。 高分三号SAR卫星是我国首颗空间分辨率达到1 m的C波段多极化合成孔径雷达成像卫星,于2016年8月成功发射,并通过5个月的在轨测试任务,于2017年1月正式交付用户单位使用。该文利用高分三号卫星实际在轨监测数据,分析了从数据采集、大气传输到成像处理与几何定位的全链路系统级几何定位误差源,并进行了基于角反射器的几何定位精度验证实验。实验结果表明,高分三号SAR卫星系统几何定位精度可以达到3 m。
摘要:
空间目标逆合成孔径雷达(ISAR)成像的方位维相干积累增益取决于目标运动状态信息,关于目标运动分析的缺失将直接影响空间目标ISAR观测中成像质量的预估与系统参数的设计。该文提出根据空间目标轨道参数计算其相对雷达视线运动状态,推导一定相干积累角ISAR成像的方位相干积累简化公式,实现基于相干积累角的ISAR成像时间段选择,可有效保证成像方位分辨率;同时详细分析目标轨道高度等参数对ISAR系统回波接收功率、成像质量的影响,为空间目标ISAR成像雷达体制设计提供了设计依据。理论推导和仿真实验均验证了空间目标ISAR成像中随着目标轨道高度升高,单次回波信噪比降低的损失可通过方位相干积累增益的提升实现部分弥补。该文工作可为空间目标ISAR成像体制和处理设计提供了理论基础和指标设计依据。 空间目标逆合成孔径雷达(ISAR)成像的方位维相干积累增益取决于目标运动状态信息,关于目标运动分析的缺失将直接影响空间目标ISAR观测中成像质量的预估与系统参数的设计。该文提出根据空间目标轨道参数计算其相对雷达视线运动状态,推导一定相干积累角ISAR成像的方位相干积累简化公式,实现基于相干积累角的ISAR成像时间段选择,可有效保证成像方位分辨率;同时详细分析目标轨道高度等参数对ISAR系统回波接收功率、成像质量的影响,为空间目标ISAR成像雷达体制设计提供了设计依据。理论推导和仿真实验均验证了空间目标ISAR成像中随着目标轨道高度升高,单次回波信噪比降低的损失可通过方位相干积累增益的提升实现部分弥补。该文工作可为空间目标ISAR成像体制和处理设计提供了理论基础和指标设计依据。
摘要:
Compressed Sensing (CS) has been proved to be effective in Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging. Previous CS-SAR imaging algorithms are very time consuming, especially for producing high-resolution images. In this study, we propose a new CS-SAR imaging method based on the well-known omega-K algorithm, which is precise and convenient to use in SAR imaging. First, we derive an inverse omega-K algorithm to directly obtain echoes without any convolution between the transmitted signal and scene. Then, we formulate the SAR imaging problem into a sparse regularization problem and solve it using an iterative thresholding algorithm. With our derived inverse omega-K algorithm, we can save significant amounts of computation time and computer memory usage. Simulation results show that the proposed method can effectively recover SAR images with much less data than that required by the Nyquist rate. Compressed Sensing (CS) has been proved to be effective in Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging. Previous CS-SAR imaging algorithms are very time consuming, especially for producing high-resolution images. In this study, we propose a new CS-SAR imaging method based on the well-known omega-K algorithm, which is precise and convenient to use in SAR imaging. First, we derive an inverse omega-K algorithm to directly obtain echoes without any convolution between the transmitted signal and scene. Then, we formulate the SAR imaging problem into a sparse regularization problem and solve it using an iterative thresholding algorithm. With our derived inverse omega-K algorithm, we can save significant amounts of computation time and computer memory usage. Simulation results show that the proposed method can effectively recover SAR images with much less data than that required by the Nyquist rate.
摘要:
在多普勒雷达目标跟踪过程中,由于多普勒盲区(DBZ)的存在使得跟踪问题更为复杂。针对该问题,该文基于高斯混合概率假设密度(GM-PHD)提出了一种适用于多普勒盲区的多目标跟踪算法。该算法在常规检测概率模型中引入最小可检测速度(MDV)信息,并将该检测概率模型应用于传统GM-PHD更新方程中,推导出多普勒盲区下的GM-PHD更新方程。蒙特卡罗仿真实验结果表明:与只有多普勒量测信息的传统GM-PHD算法相比,新算法在较小的MDV条件下能够明显提高雷达对运动目标的跟踪性能。 在多普勒雷达目标跟踪过程中,由于多普勒盲区(DBZ)的存在使得跟踪问题更为复杂。针对该问题,该文基于高斯混合概率假设密度(GM-PHD)提出了一种适用于多普勒盲区的多目标跟踪算法。该算法在常规检测概率模型中引入最小可检测速度(MDV)信息,并将该检测概率模型应用于传统GM-PHD更新方程中,推导出多普勒盲区下的GM-PHD更新方程。蒙特卡罗仿真实验结果表明:与只有多普勒量测信息的传统GM-PHD算法相比,新算法在较小的MDV条件下能够明显提高雷达对运动目标的跟踪性能。
摘要:
多发多收超宽带雷达能实时探测到目标的距离向和方位向信息,在地质勘测、生命救援、穿墙目标跟踪等领域具有重要的应用价值。该文提出一种基于射频开关切换的伪随机编码超宽带多发多收雷达设计方法,研制出一套伪随机编码超宽带MIMO雷达系统。为了降低系统的成本和复杂性,采用射频开关切换的方法来实现多发多收。由于射频开关的耐压值有限,采用峰值功率为18 dBm的伪随机编码信号作为雷达发射信号。最后通过混合采样方法实现超宽带信号的采样接收,并且调用FPGA内部的DSP硬核来进行实时脉冲压缩,以缓解后续数据处理运算量大的问题。实验结果表明,该雷达系统能实时探测到目标的方位向和距离向信息。 多发多收超宽带雷达能实时探测到目标的距离向和方位向信息,在地质勘测、生命救援、穿墙目标跟踪等领域具有重要的应用价值。该文提出一种基于射频开关切换的伪随机编码超宽带多发多收雷达设计方法,研制出一套伪随机编码超宽带MIMO雷达系统。为了降低系统的成本和复杂性,采用射频开关切换的方法来实现多发多收。由于射频开关的耐压值有限,采用峰值功率为18 dBm的伪随机编码信号作为雷达发射信号。最后通过混合采样方法实现超宽带信号的采样接收,并且调用FPGA内部的DSP硬核来进行实时脉冲压缩,以缓解后续数据处理运算量大的问题。实验结果表明,该雷达系统能实时探测到目标的方位向和距离向信息。
分布式雷达技术专题
摘要:
作为一种新体制雷达,分布式孔径相参合成雷达通过多孔径分散布置以及电磁波空间能量合成,实现雷达大威力高精度探测,是解决平台约束与探测性能矛盾的有效手段,具有生存能力强、效费比高、角分辨率高、扩展性强、实现性好等技术优势,是雷达重要的发展方向。该文对分布式孔径相参合成雷达的工作原理、技术优势、国内外发展现状和关键技术进行了阐述,重点介绍了相关的原理验证试验,并对该雷达技术的发展方向及典型应用进行了展望。 作为一种新体制雷达,分布式孔径相参合成雷达通过多孔径分散布置以及电磁波空间能量合成,实现雷达大威力高精度探测,是解决平台约束与探测性能矛盾的有效手段,具有生存能力强、效费比高、角分辨率高、扩展性强、实现性好等技术优势,是雷达重要的发展方向。该文对分布式孔径相参合成雷达的工作原理、技术优势、国内外发展现状和关键技术进行了阐述,重点介绍了相关的原理验证试验,并对该雷达技术的发展方向及典型应用进行了展望。
摘要:
数字广播电视是外辐射源雷达的重要机会照射源,分布式多基地结构是外辐射源雷达的发展趋势。新一代的数字广播电视广泛采用网络化覆盖方式,这为外辐射源雷达分布式组网探测提供了天然条件,同时也对外辐射源雷达系统设计提出了更高的要求。其中首先要解决的是接收站与照射源、多个单元接收站之间的同步问题,主要包括频率和时间同步。该文针对数字广播电视信号和外辐射源雷达结构特点,分析了分布式外辐射源雷达系统同步需求,设计了基于全球定位系统(GPS)授时技术的同步方案。利用中国移动多媒体广播信号帧结构特殊性,提出了一种系统同步测试方法,并结合分布式多站实验,通过实测数据分析,验证了该同步方案的可靠性。 数字广播电视是外辐射源雷达的重要机会照射源,分布式多基地结构是外辐射源雷达的发展趋势。新一代的数字广播电视广泛采用网络化覆盖方式,这为外辐射源雷达分布式组网探测提供了天然条件,同时也对外辐射源雷达系统设计提出了更高的要求。其中首先要解决的是接收站与照射源、多个单元接收站之间的同步问题,主要包括频率和时间同步。该文针对数字广播电视信号和外辐射源雷达结构特点,分析了分布式外辐射源雷达系统同步需求,设计了基于全球定位系统(GPS)授时技术的同步方案。利用中国移动多媒体广播信号帧结构特殊性,提出了一种系统同步测试方法,并结合分布式多站实验,通过实测数据分析,验证了该同步方案的可靠性。
摘要:
在分布式MIMO雷达网络场景下,由于MIMO雷达网络的时间能量资源限制,在同一时间下对某一目标,只允许采用有限数量的发射站和接收站来对其进行监视跟踪。因此需要寻求一种合理有效的方法在满足雷达网络发射站接收站数量约束的前提下尽可能高的提高对目标的跟踪性能。该文利用后验克拉美罗下界(PCRLB)作为性能指标,优化多目标跟踪情况下性能最差的目标构建为一个布尔规划问题(BP)。在将原问题松弛为半正定规划问题后(SDP)利用分块坐标下降迭代法取得联合选择的近似最优解。通过仿真实验,验证了该文提出的方法能够根据目标场景动态的规划选择所需的发射站和接收站。相比固定非动态选择拥有更好的性能。并且在拥有更小计算量的前提下获得了近似于穷举搜索的性能。 在分布式MIMO雷达网络场景下,由于MIMO雷达网络的时间能量资源限制,在同一时间下对某一目标,只允许采用有限数量的发射站和接收站来对其进行监视跟踪。因此需要寻求一种合理有效的方法在满足雷达网络发射站接收站数量约束的前提下尽可能高的提高对目标的跟踪性能。该文利用后验克拉美罗下界(PCRLB)作为性能指标,优化多目标跟踪情况下性能最差的目标构建为一个布尔规划问题(BP)。在将原问题松弛为半正定规划问题后(SDP)利用分块坐标下降迭代法取得联合选择的近似最优解。通过仿真实验,验证了该文提出的方法能够根据目标场景动态的规划选择所需的发射站和接收站。相比固定非动态选择拥有更好的性能。并且在拥有更小计算量的前提下获得了近似于穷举搜索的性能。
摘要:
针对分布式MIMO雷达目标检测问题,该文首先根据分布式MIMO雷达站间的位置几何分布,给出了分布式MIMO雷达系统的3种形态:分布式相参MIMO雷达、相位随机MIMO雷达和幅相随机MIMO雷达。然后重点推导了低信噪比条件下相位随机和幅相随机MIMO雷达的平方律检测器结构,并详细分析了这两种检测器的检测性能。最后的仿真实验说明了该文的理论分析对实际工程具有一定的指导意义。 针对分布式MIMO雷达目标检测问题,该文首先根据分布式MIMO雷达站间的位置几何分布,给出了分布式MIMO雷达系统的3种形态:分布式相参MIMO雷达、相位随机MIMO雷达和幅相随机MIMO雷达。然后重点推导了低信噪比条件下相位随机和幅相随机MIMO雷达的平方律检测器结构,并详细分析了这两种检测器的检测性能。最后的仿真实验说明了该文的理论分析对实际工程具有一定的指导意义。
摘要:
高机动目标雷达截面积(Radar Cross Section,RCS)的快速起伏,容易对常规单站逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像性能的稳定性造成影响。针对这一问题,该文提出了一种基于频率分集分布式多输入多输出逆合成孔径雷达(Multiple Input Multiple Output-Inverse Synthetic Aperture Radar,MIMO-ISAR)子图像融合的成像方法。首先建立了分布式MIMO-ISAR不同通道所获取的2维ISAR图像解析表达式,导出了距离和方位畸变因子,通过对不同通道所获取ISAR图像畸变的补偿,实现了频率分集分布式MIMOISAR融合成像。仿真实验结果证实了提出方法的有效性。 高机动目标雷达截面积(Radar Cross Section,RCS)的快速起伏,容易对常规单站逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像性能的稳定性造成影响。针对这一问题,该文提出了一种基于频率分集分布式多输入多输出逆合成孔径雷达(Multiple Input Multiple Output-Inverse Synthetic Aperture Radar,MIMO-ISAR)子图像融合的成像方法。首先建立了分布式MIMO-ISAR不同通道所获取的2维ISAR图像解析表达式,导出了距离和方位畸变因子,通过对不同通道所获取ISAR图像畸变的补偿,实现了频率分集分布式MIMOISAR融合成像。仿真实验结果证实了提出方法的有效性。
摘要:
微动特征是弹道目标识别的重要特征之一。针对单一视角观测难以获取目标真实微动参数的问题,该文提出了一种基于窄带雷达网的3维进动特征提取方法。首先建立了锥体目标进动模型,在考虑散射中心遮挡的前提下,详细分析了进动引发的微多普勒频率调制特性。然后基于锥顶微多普勒频率调制系数比,实现了不同视角下散射中心匹配关联,通过构建多视角联合方程组获取了目标的3维锥旋矢量,进而利用各散射中心微多普勒频率相关性,结合频率补偿的方法对锥体特征参数进行了提取,在此基础上解算出每一时刻锥顶坐标,实现了目标空间位置的3维重构。仿真结果证明了该方法的有效性与实用性。 微动特征是弹道目标识别的重要特征之一。针对单一视角观测难以获取目标真实微动参数的问题,该文提出了一种基于窄带雷达网的3维进动特征提取方法。首先建立了锥体目标进动模型,在考虑散射中心遮挡的前提下,详细分析了进动引发的微多普勒频率调制特性。然后基于锥顶微多普勒频率调制系数比,实现了不同视角下散射中心匹配关联,通过构建多视角联合方程组获取了目标的3维锥旋矢量,进而利用各散射中心微多普勒频率相关性,结合频率补偿的方法对锥体特征参数进行了提取,在此基础上解算出每一时刻锥顶坐标,实现了目标空间位置的3维重构。仿真结果证明了该方法的有效性与实用性。
摘要:
该文针对距离模糊情况下机载双基地雷达杂波抑制难题,提出一种利用几何配置减轻距离模糊影响的方法。首先,利用任意双基配置下的杂波模型来分析距离模糊的影响;其次,建立机载双基地雷达杂波等距离环模型,分析几何配置与距离模糊的关系;最后,求解最大不模糊脉冲重复频率。仿真结果表明:距离模糊使得机载双基STAP杂波抑制性能严重下降;选择合适的双基配置能够有效减轻距离模糊的影响。仿真实验验证了所提方法的有效性 该文针对距离模糊情况下机载双基地雷达杂波抑制难题,提出一种利用几何配置减轻距离模糊影响的方法。首先,利用任意双基配置下的杂波模型来分析距离模糊的影响;其次,建立机载双基地雷达杂波等距离环模型,分析几何配置与距离模糊的关系;最后,求解最大不模糊脉冲重复频率。仿真结果表明:距离模糊使得机载双基STAP杂波抑制性能严重下降;选择合适的双基配置能够有效减轻距离模糊的影响。仿真实验验证了所提方法的有效性