优先发表

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依据多普勒效应,传统雷达可以实现对运动目标探测,但是在对旋转目标的角向运动趋势感知存在检测盲区。涡旋电磁波的旋转多普勒效应的发现,因有助于解决直视下的旋转目标的角向运动趋势感知问题,引起了国内外研究人员的广泛关注。该文主要介绍了近年来涡旋电磁波旋转多普勒效应的研究进展,特别是微波波段的相关研究成果,包括目标在准轴和非准轴状况下的旋转多普勒效应研究,复杂运动条件下的径向多普勒、微多普勒和旋转多普勒效应的解耦合研究,以及旋转多普勒效应在雷达成像和测速中的应用研究。同时,该文也对该领域亟待解决的问题进行了总结分析,并对未来的研究方向及相关应用进行了展望。 依据多普勒效应,传统雷达可以实现对运动目标探测,但是在对旋转目标的角向运动趋势感知存在检测盲区。涡旋电磁波的旋转多普勒效应的发现,因有助于解决直视下的旋转目标的角向运动趋势感知问题,引起了国内外研究人员的广泛关注。该文主要介绍了近年来涡旋电磁波旋转多普勒效应的研究进展,特别是微波波段的相关研究成果,包括目标在准轴和非准轴状况下的旋转多普勒效应研究,复杂运动条件下的径向多普勒、微多普勒和旋转多普勒效应的解耦合研究,以及旋转多普勒效应在雷达成像和测速中的应用研究。同时,该文也对该领域亟待解决的问题进行了总结分析,并对未来的研究方向及相关应用进行了展望。
1比特量化技术在大规模MIMO雷达系统中的应用使得系统成本、功耗及传输带宽显著降低。但这同时也对如何从1比特量化后的数据中提取目标高精度信息提出了严峻挑战。针对基于1比特量化的二次定位算法在低信噪比下定位精度低、鲁棒性差的问题,该文提出了一种基于1比特量化的大规模MIMO雷达系统目标直接定位算法。首先,通过将接收信号进行1比特量化,并推导基于1比特信号的概率分布,建立了关于目标位置的代价函数;其次,通过证明代价函数的凸性,利用梯度下降算法求解了回波中未知的信号参数;最后,根据最大似然估计实现了目标直接定位。仿真实验分析了所提算法的定位性能,结果表明,所提算法仅需传输相较于高精度采样(16比特为例)直接定位算法6.25%的通信带宽,同时其功耗仅为前者的0.1%。此外,与基于1比特量化的二次定位算法相比,所提算法在低信噪比下便可实现对目标位置的有效估计,并且其定位性能在低信噪比和低MIMO天线数量下均明显优于前者。同时,其性能会随着过采样技术的应用进一步提升。 1比特量化技术在大规模MIMO雷达系统中的应用使得系统成本、功耗及传输带宽显著降低。但这同时也对如何从1比特量化后的数据中提取目标高精度信息提出了严峻挑战。针对基于1比特量化的二次定位算法在低信噪比下定位精度低、鲁棒性差的问题,该文提出了一种基于1比特量化的大规模MIMO雷达系统目标直接定位算法。首先,通过将接收信号进行1比特量化,并推导基于1比特信号的概率分布,建立了关于目标位置的代价函数;其次,通过证明代价函数的凸性,利用梯度下降算法求解了回波中未知的信号参数;最后,根据最大似然估计实现了目标直接定位。仿真实验分析了所提算法的定位性能,结果表明,所提算法仅需传输相较于高精度采样(16比特为例)直接定位算法6.25%的通信带宽,同时其功耗仅为前者的0.1%。此外,与基于1比特量化的二次定位算法相比,所提算法在低信噪比下便可实现对目标位置的有效估计,并且其定位性能在低信噪比和低MIMO天线数量下均明显优于前者。同时,其性能会随着过采样技术的应用进一步提升。
鉴于涡旋电磁波所体现出的独特空间电磁场分布特征,以及其携带的轨道角动量(OAM)在理论上所具有的无穷维度模态正交特性,涡旋电磁波在无线通信领域和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力。该文主要从涡旋电磁波空间电磁场分布的角度以及OAM模态正交性保持的角度,重点对涡旋电磁波射频收发链路中OAM模态的抗干扰性能进行分析。在C波段分别设计了不同的平面阵列天线用来产生和接收携带有OAM模态为\begin{document}$\ell = + 1$\end{document}\begin{document}$\ell = - 2$\end{document}的涡旋电磁波束,并建立起涡旋电磁波的射频收发链路。通过引入一个喇叭天线作为干扰源,以相应涡旋电磁波束的OAM模态谱分布以及OAM模态正交性作为主要的分析依据,在不同干扰场景下抗干扰性对涡旋电磁波的收发射频链路的OAM模态性能进行仿真和分析。该文对设计的天线模型进行加工和测试,对涡旋电磁波射频收发链路中OAM模态抗干扰性能的分析,可以为涡旋电磁波在无线通信及雷达探测与成像等有关研究领域提供一些前瞻性的探索和设计上的指导。 鉴于涡旋电磁波所体现出的独特空间电磁场分布特征,以及其携带的轨道角动量(OAM)在理论上所具有的无穷维度模态正交特性,涡旋电磁波在无线通信领域和雷达探测与成像领域均表现出重要的研究价值和应用潜力。该文主要从涡旋电磁波空间电磁场分布的角度以及OAM模态正交性保持的角度,重点对涡旋电磁波射频收发链路中OAM模态的抗干扰性能进行分析。在C波段分别设计了不同的平面阵列天线用来产生和接收携带有OAM模态为\begin{document}$\ell = + 1$\end{document}\begin{document}$\ell = - 2$\end{document}的涡旋电磁波束,并建立起涡旋电磁波的射频收发链路。通过引入一个喇叭天线作为干扰源,以相应涡旋电磁波束的OAM模态谱分布以及OAM模态正交性作为主要的分析依据,在不同干扰场景下抗干扰性对涡旋电磁波的收发射频链路的OAM模态性能进行仿真和分析。该文对设计的天线模型进行加工和测试,对涡旋电磁波射频收发链路中OAM模态抗干扰性能的分析,可以为涡旋电磁波在无线通信及雷达探测与成像等有关研究领域提供一些前瞻性的探索和设计上的指导。
传统相干雷达信号处理流程中先脉冲压缩再相参处理的级联处理在理论上无法实现对高速目标回波能量的最大化积累,级联处理的输出结果中目标峰值位置存在偏差,甚至还伴随主瓣展宽、增益下降、旁瓣增高的问题。为此该文提出一种联合脉压与Radon傅里叶变换(PC-RFT)的长时间相参积累方法,利用信号之间的相关关系将匹配滤波与Radon傅里叶变换相结合,在快时间(脉内时间)与慢时间(脉间时间)维度上同时补偿脉内和脉间的多普勒频移,从而实现目标增益的最大化。实验表明二维联合处理的性能明显优于级联处理。 传统相干雷达信号处理流程中先脉冲压缩再相参处理的级联处理在理论上无法实现对高速目标回波能量的最大化积累,级联处理的输出结果中目标峰值位置存在偏差,甚至还伴随主瓣展宽、增益下降、旁瓣增高的问题。为此该文提出一种联合脉压与Radon傅里叶变换(PC-RFT)的长时间相参积累方法,利用信号之间的相关关系将匹配滤波与Radon傅里叶变换相结合,在快时间(脉内时间)与慢时间(脉间时间)维度上同时补偿脉内和脉间的多普勒频移,从而实现目标增益的最大化。实验表明二维联合处理的性能明显优于级联处理。
传统合成孔径雷达(SAR)只能获取方位-距离二维图像,无法准确反映目标的三维散射结构信息。层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种多基线干涉测量模式,它将合成孔径原理扩展至高程向,除了可对目标进行二维成像之外,还可以准确恢复目标的高度向散射信息,真正实现三维成像。差分层析合成孔径雷达(D-TomoSAR)将合成孔径原理延伸至高程和时间方向,不仅可以获得目标的三维散射结构,还可以高精度获取观测目标的形变速率,实现对目标形变的有效监测。高分三号是我国首颗1米分辨率C频段多极化SAR卫星。它具有高分辨率、大成像幅宽、多成像模式等特点,对我国高分对地观测技术的发展具有重要意义。目前高分三号数据主要应用于目标识别等图像处理领域,没有充分利用SAR图像的相位信息。而且,由于设计之初未考虑后续高维成像应用,现有高分三号获取的SAR图像存在有一定的空间、时间去相干问题,对应用于后续干涉系列处理产生了一定影响。为解决上述问题,该文基于7景高分三号SAR复图像,开展了对北京雁栖湖周围建筑的三维、四维层析成像研究,在获取了建筑物三维散射结构信息的同时,实现了对建筑物形变的毫米级高精度监测。该初步实验结果证明了高分三号SAR数据的应用潜力,为后续进一步扩展高分三号SAR卫星在城市感知与监测中的应用提供了技术支撑。 传统合成孔径雷达(SAR)只能获取方位-距离二维图像,无法准确反映目标的三维散射结构信息。层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种多基线干涉测量模式,它将合成孔径原理扩展至高程向,除了可对目标进行二维成像之外,还可以准确恢复目标的高度向散射信息,真正实现三维成像。差分层析合成孔径雷达(D-TomoSAR)将合成孔径原理延伸至高程和时间方向,不仅可以获得目标的三维散射结构,还可以高精度获取观测目标的形变速率,实现对目标形变的有效监测。高分三号是我国首颗1米分辨率C频段多极化SAR卫星。它具有高分辨率、大成像幅宽、多成像模式等特点,对我国高分对地观测技术的发展具有重要意义。目前高分三号数据主要应用于目标识别等图像处理领域,没有充分利用SAR图像的相位信息。而且,由于设计之初未考虑后续高维成像应用,现有高分三号获取的SAR图像存在有一定的空间、时间去相干问题,对应用于后续干涉系列处理产生了一定影响。为解决上述问题,该文基于7景高分三号SAR复图像,开展了对北京雁栖湖周围建筑的三维、四维层析成像研究,在获取了建筑物三维散射结构信息的同时,实现了对建筑物形变的毫米级高精度监测。该初步实验结果证明了高分三号SAR数据的应用潜力,为后续进一步扩展高分三号SAR卫星在城市感知与监测中的应用提供了技术支撑。
电磁波轨道角动量(OAM)量子态指构成电磁波的每个电磁波量子均具有OAM,是涡旋电磁波的重要形态之一。在微波波段,这种电磁波量子称为“涡旋微波量子”。涡旋微波量子与传统平面波微波量子具有不同的物理特性,针对传统吸波材料具有强反射系数,造成雷达散射截面积(RCS)增加,并提升目标回波的接收信号功率和检测概率,是对抗基于吸波材料的隐身目标之利器。该文提出了基于OAM量子态的涡旋微波量子雷达,给出了基本物理架构和数学模型,借助量子电动力学(QED)从理论上分析了涡旋微波量子的高回波功率特性,并通过实验验证了理论分析的正确性。在收发均采用相同极化方式下,与传统平面波雷达相比实验中回波功率提高约9 dB。同时,配合典型雷达工作参数进行了仿真,明确了涡旋微波量子雷达在接收功率和检测概率等性能指标上的提升,进一步展现了涡旋微波量子针对吸波材料的反隐身能力。 电磁波轨道角动量(OAM)量子态指构成电磁波的每个电磁波量子均具有OAM,是涡旋电磁波的重要形态之一。在微波波段,这种电磁波量子称为“涡旋微波量子”。涡旋微波量子与传统平面波微波量子具有不同的物理特性,针对传统吸波材料具有强反射系数,造成雷达散射截面积(RCS)增加,并提升目标回波的接收信号功率和检测概率,是对抗基于吸波材料的隐身目标之利器。该文提出了基于OAM量子态的涡旋微波量子雷达,给出了基本物理架构和数学模型,借助量子电动力学(QED)从理论上分析了涡旋微波量子的高回波功率特性,并通过实验验证了理论分析的正确性。在收发均采用相同极化方式下,与传统平面波雷达相比实验中回波功率提高约9 dB。同时,配合典型雷达工作参数进行了仿真,明确了涡旋微波量子雷达在接收功率和检测概率等性能指标上的提升,进一步展现了涡旋微波量子针对吸波材料的反隐身能力。
无源定位技术是现代电子战领域中重要的组成部分,然而现有的对抗无源定位系统采用的射频隐身、电子干扰等传统方法仍存在着很大的局限性。该文提出将频控阵技术应用到无源定位对抗领域,频控阵独特的波束扫描特性使得主波束在同一方位角度位置处的波束驻留时间缩短,无源定位系统无法长时间截获频控阵信号。另一方面,频控阵信号的时变特性使得无源定位系统接收信号信噪比大大降低,因此能有效地增加无源定位系统的定位误差,降低其定位效能。搭载有频控阵辐射源的电子系统在利用自身辐射信号对外部环境进行感知的同时,又能阻止敌方的无源定位系统对其实施定位侦察。理论分析和仿真验证均证实了频控阵辐射源针对干涉仪测向与时频差定位两种无源定位方法具备优良的对抗性能,该文的仿真实例显示采用频控阵辐射源时其探测精度明显降低,从而为研究同时具备主动探测和无源定位对抗能力的新一代电子系统提供了新的技术思路。 无源定位技术是现代电子战领域中重要的组成部分,然而现有的对抗无源定位系统采用的射频隐身、电子干扰等传统方法仍存在着很大的局限性。该文提出将频控阵技术应用到无源定位对抗领域,频控阵独特的波束扫描特性使得主波束在同一方位角度位置处的波束驻留时间缩短,无源定位系统无法长时间截获频控阵信号。另一方面,频控阵信号的时变特性使得无源定位系统接收信号信噪比大大降低,因此能有效地增加无源定位系统的定位误差,降低其定位效能。搭载有频控阵辐射源的电子系统在利用自身辐射信号对外部环境进行感知的同时,又能阻止敌方的无源定位系统对其实施定位侦察。理论分析和仿真验证均证实了频控阵辐射源针对干涉仪测向与时频差定位两种无源定位方法具备优良的对抗性能,该文的仿真实例显示采用频控阵辐射源时其探测精度明显降低,从而为研究同时具备主动探测和无源定位对抗能力的新一代电子系统提供了新的技术思路。
涡旋电磁波,因携带有轨道角动量(OAM),从而具有螺旋状的波前结构。相比于平面波,涡旋电磁波在进行雷达成像时,回波信号中将包含有目标的方位向信息,所以这种电磁波在雷达探测和成像领域中展现出了巨大的应用潜力,有望成为新体制雷达的发展方向。该文主要介绍近年来涡旋雷达成像技术的研究进展,首先介绍了涡旋电磁波的特征和使用均匀圆形阵列进行雷达成像的原理,然后按照涡旋雷达成像模型、涡旋雷达凝视成像算法和涡旋雷达运动成像3种研究方向综述了涡旋雷达成像技术的发展历程和研究现状。最后,对涡旋电磁波在雷达成像中的发展前景进行了展望,并指出未来涡旋雷达成像发展的一些关键的科学问题和趋势。 涡旋电磁波,因携带有轨道角动量(OAM),从而具有螺旋状的波前结构。相比于平面波,涡旋电磁波在进行雷达成像时,回波信号中将包含有目标的方位向信息,所以这种电磁波在雷达探测和成像领域中展现出了巨大的应用潜力,有望成为新体制雷达的发展方向。该文主要介绍近年来涡旋雷达成像技术的研究进展,首先介绍了涡旋电磁波的特征和使用均匀圆形阵列进行雷达成像的原理,然后按照涡旋雷达成像模型、涡旋雷达凝视成像算法和涡旋雷达运动成像3种研究方向综述了涡旋雷达成像技术的发展历程和研究现状。最后,对涡旋电磁波在雷达成像中的发展前景进行了展望,并指出未来涡旋雷达成像发展的一些关键的科学问题和趋势。
涡旋电磁波具有独特螺旋状波前结构,其受目标横向微动调制产生的旋转多普勒效应,有望为雷达目标探测技术的发展提供一个新途径。在涡旋电磁波照射下,利用锥体微动对回波瞬时频率的周期性调制特性,可以有效反演出锥体目标的微动参数和几何特征。该文重点研究了雷达前视条件下的锥体目标参数估计。首先,基于涡旋电磁波雷达目标旋转多普勒探测原理,推导了涡旋电磁波锥体目标回波数学方程,建立了锥体目标回波旋转多普勒模型。其次,提出了前视条件下的锥体目标参数估计方法,利用锥顶散射点和锥底散射点两维的旋转多普勒信息,可以对锥体目标微动参数和几何特征参数进行有效估计,仿真结果验证了该文所提方法的有效性及抗噪声鲁棒性。 涡旋电磁波具有独特螺旋状波前结构,其受目标横向微动调制产生的旋转多普勒效应,有望为雷达目标探测技术的发展提供一个新途径。在涡旋电磁波照射下,利用锥体微动对回波瞬时频率的周期性调制特性,可以有效反演出锥体目标的微动参数和几何特征。该文重点研究了雷达前视条件下的锥体目标参数估计。首先,基于涡旋电磁波雷达目标旋转多普勒探测原理,推导了涡旋电磁波锥体目标回波数学方程,建立了锥体目标回波旋转多普勒模型。其次,提出了前视条件下的锥体目标参数估计方法,利用锥顶散射点和锥底散射点两维的旋转多普勒信息,可以对锥体目标微动参数和几何特征参数进行有效估计,仿真结果验证了该文所提方法的有效性及抗噪声鲁棒性。
该文针对传统全极化高分辨一维距离像(HRRP)雷达目标识别问题,提出了结合Cameron分解和融合简化核极限学习机(RKELM)的目标识别方法,旨在提高全极化HRRP目标识别性能。在特征提取阶段,所提方法利用Cameron分解定义了目标在各个标准散射体上的投影分量。通过分析,将目标在三面角、二面角和1/4波长器件这3个散射基上沿距离维的投影分量作为目标特征,实现对目标散射特性更加精细化的描述。在分类阶段,考虑到RKELM算法识别性能的不稳定性,提出了一种基于原型聚类预处理的RKELM方法,并在此基础上设计了特征级融合RKELM网络和决策级融合RKELM网络,以对投影特征进行融合分类。实验部分利用10类民用车辆的全极化HRRP数据将所提识别方法和现有方法进行了对比,结果表明:(1)所采用的Cameron分解投影特征表现出了较高的可分性和噪声稳健性;(2)当训练样本数较多时,特征级融合RKELM算法的泛化性能较好;当训练样本数较少时,决策级融合RKELM的泛化性能较好。 该文针对传统全极化高分辨一维距离像(HRRP)雷达目标识别问题,提出了结合Cameron分解和融合简化核极限学习机(RKELM)的目标识别方法,旨在提高全极化HRRP目标识别性能。在特征提取阶段,所提方法利用Cameron分解定义了目标在各个标准散射体上的投影分量。通过分析,将目标在三面角、二面角和1/4波长器件这3个散射基上沿距离维的投影分量作为目标特征,实现对目标散射特性更加精细化的描述。在分类阶段,考虑到RKELM算法识别性能的不稳定性,提出了一种基于原型聚类预处理的RKELM方法,并在此基础上设计了特征级融合RKELM网络和决策级融合RKELM网络,以对投影特征进行融合分类。实验部分利用10类民用车辆的全极化HRRP数据将所提识别方法和现有方法进行了对比,结果表明:(1)所采用的Cameron分解投影特征表现出了较高的可分性和噪声稳健性;(2)当训练样本数较多时,特征级融合RKELM算法的泛化性能较好;当训练样本数较少时,决策级融合RKELM的泛化性能较好。
基于轨道角动量(OAM)的涡旋雷达因其在高分辨率成像方面具有巨大潜力而受到广泛关注。有限OAM模式下的涡旋雷达高分辨率成像问题,通常采用稀疏恢复的方法来解决,这种方法需要精确地已知成像模型的先验知识。然而,系统中不可避免存在的相位误差,会导致成像模型失配,严重影响成像性能。为了解决这一问题,该文首次建立了存在相位误差时的涡旋雷达成像模型。同时,提出了一种涡旋雷达两步自校正成像方法,用于直接估计相位误差。首先在第1步中提出了一种稀疏驱动算法来促进目标稀疏性,同时提升成像重构性能。其次,在第2步中提出了一种直接补偿相位误差的自校正操作。该方法通过对目标重构和相位误差估计的交替迭代,能够很好地重建目标并有效地补偿相位误差。仿真结果表明,该方法在提高成像质量和改善相位误差估计性能方面具有潜在的优势。 基于轨道角动量(OAM)的涡旋雷达因其在高分辨率成像方面具有巨大潜力而受到广泛关注。有限OAM模式下的涡旋雷达高分辨率成像问题,通常采用稀疏恢复的方法来解决,这种方法需要精确地已知成像模型的先验知识。然而,系统中不可避免存在的相位误差,会导致成像模型失配,严重影响成像性能。为了解决这一问题,该文首次建立了存在相位误差时的涡旋雷达成像模型。同时,提出了一种涡旋雷达两步自校正成像方法,用于直接估计相位误差。首先在第1步中提出了一种稀疏驱动算法来促进目标稀疏性,同时提升成像重构性能。其次,在第2步中提出了一种直接补偿相位误差的自校正操作。该方法通过对目标重构和相位误差估计的交替迭代,能够很好地重建目标并有效地补偿相位误差。仿真结果表明,该方法在提高成像质量和改善相位误差估计性能方面具有潜在的优势。
太赫兹涡旋波束可以提高雷达通信系统通信容量及成像系统的分辨率,如何有效地产生这种波束成为近期研究热点之一。为了克服传统方式的缺点,该文设计加工了5个工作在太赫兹频段的反射型超表面,它们可以产生±1、±2和3共5个不同模态的涡旋波束。为了避免馈源对涡旋波束的遮挡,通过平面反射阵原理控制了波束的偏转方向。超表面单元为3层结构,其中,上层为金属结构,控制上层结构中8个枝节的长度,可以在基本不改变超表面单元反射系数的情况下,调整它的反射相位。中间层为介质层,为了使超表面单元有较高的反射系数,介质层下方为一金属地。超表面单元仿真显示,其同极化反射率在90%以上,相位分布也满足超表面设计需求。超表面的仿真及测试结果表明,在340 GHz附近,不同超表面在设计的方向上产生了对应模态的涡旋波束,并且涡旋波束中的主模态能量占比最高。 太赫兹涡旋波束可以提高雷达通信系统通信容量及成像系统的分辨率,如何有效地产生这种波束成为近期研究热点之一。为了克服传统方式的缺点,该文设计加工了5个工作在太赫兹频段的反射型超表面,它们可以产生±1、±2和3共5个不同模态的涡旋波束。为了避免馈源对涡旋波束的遮挡,通过平面反射阵原理控制了波束的偏转方向。超表面单元为3层结构,其中,上层为金属结构,控制上层结构中8个枝节的长度,可以在基本不改变超表面单元反射系数的情况下,调整它的反射相位。中间层为介质层,为了使超表面单元有较高的反射系数,介质层下方为一金属地。超表面单元仿真显示,其同极化反射率在90%以上,相位分布也满足超表面设计需求。超表面的仿真及测试结果表明,在340 GHz附近,不同超表面在设计的方向上产生了对应模态的涡旋波束,并且涡旋波束中的主模态能量占比最高。
频率分集阵列(FDA)雷达通过在不同发射阵元间引入微小的载频增量,实现发射方向图在脉冲持续时间内对大尺度空域的均匀连续扫描。然而FDA雷达方向图主瓣的扫描特性,使得其在一个方位角度位置的波束驻留时间缩短,积累带宽减小,从而降低其距离分辨率。针对上述问题该文提出了一种空时域联合的FDA雷达波形设计方法,通过引入阵元间的空域相位编码显著改善了相干FDA雷达的距离分辨率,同时在时域设计一种非线性调频波形获得了更低的距离旁瓣。该文从理论上分析了该方法的有效性,并通过仿真实验证明了该波形设计方法同时具有距离向高分辨和低峰值旁瓣比的优势,具有更好的一维距离向成像性能,并分析了其对高速运动目标的观测能力。 频率分集阵列(FDA)雷达通过在不同发射阵元间引入微小的载频增量,实现发射方向图在脉冲持续时间内对大尺度空域的均匀连续扫描。然而FDA雷达方向图主瓣的扫描特性,使得其在一个方位角度位置的波束驻留时间缩短,积累带宽减小,从而降低其距离分辨率。针对上述问题该文提出了一种空时域联合的FDA雷达波形设计方法,通过引入阵元间的空域相位编码显著改善了相干FDA雷达的距离分辨率,同时在时域设计一种非线性调频波形获得了更低的距离旁瓣。该文从理论上分析了该方法的有效性,并通过仿真实验证明了该波形设计方法同时具有距离向高分辨和低峰值旁瓣比的优势,具有更好的一维距离向成像性能,并分析了其对高速运动目标的观测能力。
合成孔径雷达(SAR)的自动目标识别(ATR)技术目前已广泛应用于军事和民用领域。SAR图像对成像的方位角极其敏感,同一目标在不同方位角下的SAR图像存在一定差异,而多方位角的SAR图像序列蕴含着更加丰富的分类识别信息。因此,该文提出一种基于EfficientNet和BiGRU的多角度SAR目标识别模型,并使用孤岛损失来训练模型。该方法在MSTAR数据集10类目标识别任务中可以达到100%的识别准确率,对大俯仰角(擦地角)下成像、存在版本变体、存在配置变体的3种特殊情况下的SAR目标分别达到了99.68%, 99.95%, 99.91%的识别准确率。此外,该方法在小规模的数据集上也能达到令人满意的识别准确率。实验结果表明,该方法在MSTAR的大部分数据集上识别准确率均优于其他多角度SAR目标识别方法,且具有一定的鲁棒性。 合成孔径雷达(SAR)的自动目标识别(ATR)技术目前已广泛应用于军事和民用领域。SAR图像对成像的方位角极其敏感,同一目标在不同方位角下的SAR图像存在一定差异,而多方位角的SAR图像序列蕴含着更加丰富的分类识别信息。因此,该文提出一种基于EfficientNet和BiGRU的多角度SAR目标识别模型,并使用孤岛损失来训练模型。该方法在MSTAR数据集10类目标识别任务中可以达到100%的识别准确率,对大俯仰角(擦地角)下成像、存在版本变体、存在配置变体的3种特殊情况下的SAR目标分别达到了99.68%, 99.95%, 99.91%的识别准确率。此外,该方法在小规模的数据集上也能达到令人满意的识别准确率。实验结果表明,该方法在MSTAR的大部分数据集上识别准确率均优于其他多角度SAR目标识别方法,且具有一定的鲁棒性。
高效率目标探测需要借助探测信号的低相关性空间调制,调制数量大且具有时间独立性。携带轨道角动量(OAM)的涡旋波束具有无穷多种模态且不同模态之间相互正交,借助强色散材料可以实现频率域的多模态OAM波束产生。该文首先对OAM的传播特性进行推导,给出了符合探测需求的多模态OAM波束源特征;在此基础上,研究了不同模态的OAM波束在3种不同应用场景下目标反射回波信号特性,采用卷积神经网络对不同反射场景下的数据特征进行提取,实现了对未知场景的判断及场景内的目标识别,并进行了抗噪性能分析。实验结果表明:理想状态下,网络对目标场景判断的准确率可达\begin{document}$97.5\% $\end{document};各反射场景中的两个相邻目标的间隔大于某一阈值时,网络对目标位置的识别准确率均高于\begin{document}$80\% $\end{document}。但目标识别效果有环境依赖性,当\begin{document}${\rm{SNR}} < 20\;{\rm{dB}}$\end{document}时,3种场景内的目标识别准确率均大幅降低。 高效率目标探测需要借助探测信号的低相关性空间调制,调制数量大且具有时间独立性。携带轨道角动量(OAM)的涡旋波束具有无穷多种模态且不同模态之间相互正交,借助强色散材料可以实现频率域的多模态OAM波束产生。该文首先对OAM的传播特性进行推导,给出了符合探测需求的多模态OAM波束源特征;在此基础上,研究了不同模态的OAM波束在3种不同应用场景下目标反射回波信号特性,采用卷积神经网络对不同反射场景下的数据特征进行提取,实现了对未知场景的判断及场景内的目标识别,并进行了抗噪性能分析。实验结果表明:理想状态下,网络对目标场景判断的准确率可达\begin{document}$97.5\% $\end{document};各反射场景中的两个相邻目标的间隔大于某一阈值时,网络对目标位置的识别准确率均高于\begin{document}$80\% $\end{document}。但目标识别效果有环境依赖性,当\begin{document}${\rm{SNR}} < 20\;{\rm{dB}}$\end{document}时,3种场景内的目标识别准确率均大幅降低。
相位波前受轨道角动量调制的涡旋电磁波,在雷达前视成像领域得到广泛关注和研究。基于涡旋电磁波雷达成像原理和方法,该文重点对方位分辨力展开研究。首先,分析了贝塞尔幅度项对方位分辨性能的影响,结果表明,在贝塞尔幅度窗影响下,涡旋电磁波雷达方位分辨性能由有效OAM模态范围决定。其次,提出了一种有效OAM模态范围计算方法,并分别对方位角分辨率、空间分辨率以及超实孔径雷达分辨率进行了表征。最后,仿真分析了方位基本分辨性能随不同影响因素的变化规律,改变波长孔径比、成像俯仰角,能增大有效OAM模态范围,提升方位分辨性能。拟合得到了有效OAM模态范围、超实孔径雷达分辨率关于波长孔径比和成像俯仰角的近似表达式,为涡旋电磁波雷达参数设计与优化提供参考。 相位波前受轨道角动量调制的涡旋电磁波,在雷达前视成像领域得到广泛关注和研究。基于涡旋电磁波雷达成像原理和方法,该文重点对方位分辨力展开研究。首先,分析了贝塞尔幅度项对方位分辨性能的影响,结果表明,在贝塞尔幅度窗影响下,涡旋电磁波雷达方位分辨性能由有效OAM模态范围决定。其次,提出了一种有效OAM模态范围计算方法,并分别对方位角分辨率、空间分辨率以及超实孔径雷达分辨率进行了表征。最后,仿真分析了方位基本分辨性能随不同影响因素的变化规律,改变波长孔径比、成像俯仰角,能增大有效OAM模态范围,提升方位分辨性能。拟合得到了有效OAM模态范围、超实孔径雷达分辨率关于波长孔径比和成像俯仰角的近似表达式,为涡旋电磁波雷达参数设计与优化提供参考。