毫米波超综合孔径辐射计成像技术

在深入了解超综合孔径辐射计的工作原理和成像性能的基础上,首次推导了超综合孔径辐射计在近场条件下采用傅氏反演方法进行成像的基本理论,并给出了超综合孔径辐射计的空间分辨率和灵敏度公式。随后,研制了由两个天线单元组成的最简单的毫米波超综合孔径辐射计原理样机,并分别用傅氏反演法和传统的匹配滤波法成功地反演得到了一维噪声点源的图像。实验结果验证了傅氏反演方法的正确性以及毫米波超综合孔径辐射计的成像能力,最后对超综合孔径辐射计和干涉式综合孔径辐射计的工作特点进行了比较。     

基于二次编码的MIMO雷达阵列稀布与天线综合

研究MIMO雷达在阵元数有限、阵列孔径有限、水平维和垂直维分别存在最小阵元间距等约束条件下的天线方向图综合问题。MIMO雷达采用稀布天线,为了降低旁瓣电平,天线综合过程中同时考虑发射方向图和接收方向图的影响,将阵元间距的稀疏约束从规则栅格扩展为仅有两维坐标的约束,提出采用二次编码的改进遗传算法,有效地解决了MIMO雷达天线方向图综合中低旁瓣电平设计问题。结合某工程要求给出了某MIMO雷达天线阵优化结果。仿真结果证实了方法的有效性。     

基于稳健波束形成的超宽带穿墙成像方法

针对现有超宽带穿墙雷达时域波束成像分辨率低、旁瓣高以及干扰抑制能力弱等问题,提出利用稳健Capon波束形成对目标成像的方法。该方法基于目标回波模型首先补偿近场扩散损耗、墙体传播损耗和折射效应,实现天线阵列接收数据的配准,利用稳健Capon波束成像得到良好的成像分辨率和更好的干扰抑制能力。利用时域有限差分(finite-difference time domain, FDTD)数值仿真和实验数据实现了隐藏目标的二维成像,验证了该方法的有效性。     

非均匀圆阵天线模型解模糊误差研究

基于干涉仪的立体基线法与传统测向解模糊方法相比,天线摆放方式更为灵活。针对这一优点,建立了非均匀圆阵天线阵列模型,给出了该模型理论测向误差的表达式。通过分析解算过程中影响测向误差的因素,提出了一种减小天线阵列实际测向误差的方法。为保证系统具有一定的解模糊能力,给出了该方法中天线孔径对系统解模糊频段的限制条件。基于建立的天线模型,通过Matlab仿真,验证了方法及理论分析的正确性,对合理选择天线盘孔径、减小测向系统的误差具有可行性。     

毫米波FPA成像系统馈源天线研究

毫米波焦平面阵列（focal plane array,FPA）成像系统中,馈源天线的排列密度是决定系统空间采样率的主要因素。提出了一种新型结构的介质棒天线,相对于其他馈源天线,它具有宽频带、低副瓣、低互耦和低交叉极化,通过改变长度而不是横截面来改变天线增益等优点,易于排成紧密的馈源阵列,以更低的溢出损耗实现对透镜或反射面天线的有效照射。通过详细的理论分析、仿真和优化设计,研制了介质棒天线及其阵列并将其应用于毫米波FPA成像系统中。该系统可用于探测人体隐匿物品,成像效果较好。     

基于数据融合的分布式综合孔径微波辐射高分辨率成像算法

为了解决大型综合孔径微波辐射计系统随着分辨率需求的提高, 天线规模和系统复杂度随之增加的难题, 提出了一种基于数据融合的分布式综合孔径微波辐射计成像算法。首先建立了数据融合模型, 其次详细地介绍了数据融合算法, 最后开展了地面验证实验, 并对实验结果进行处理。理论和实验结果均表明: 该数据融合算法是可行的, 能有效提高系统图像的分辨率; 同时为后续被动微波遥感从数据维角度提高空间分辨率提供了一种新的解决方法。     

基于改进差分进化算法的圆阵稀布方法

针对稀布圆形阵列的天线单元,使旁瓣电平尽量降低的问题,应用改进的差分进化算法,取角度差值为个体元素,进行阵列孔径、单元个数、最小间隔一定的稀布优化排列,减小了差分进化算法的搜索空间,提高了搜索效率。仿真结果表明:该方法可有效地提高收敛速度、降低圆阵的旁瓣电平。     

主瓣干扰下的自适应旁瓣对消算法设计

与基于全阵列的自适应波束形成算法相比,旁瓣对消(multiple side lobe canceller,MSLC)技术具有计算量小、性能稳健的优点。一般旁瓣对消系统要求在进行权值调整时,主瓣方向无信号入射,否则系统方向图将发生畸变。提出了基于子阵列数据差分的旁瓣对消系统设计思路,即利用线性阵列性质来改变主辅天线信号相关性,消除主瓣入射信号影响。在此基础上,针对干扰情况的不同,提出了更实用的多级差分旁瓣对消和反馈差分旁瓣对消技术。仿真结果表明,所提算法在不同信号环境下,均能有效抑制旁瓣干扰,同时保持主瓣方向图不发生畸变,具有很好的稳健性。     

曲线合成孔径雷达信号模型与孔径形状研究

基于曲线合成孔径雷达原理与空间几何关系,讨论了曲线合成孔径雷达信号模型与成像方法,推导出目标的一维及二维信号模型,并将其扩展到三维空间。考虑到不同的曲线孔径形状将对方位分辨率和高度分辨率有不同影响,详细研究了各种不同形状的曲线孔径,给出了各自的优缺点和适用条件。结论是,上下、左右对称的孔径形状较不对称的效果更优,L型孔径将导致很高的旁瓣。仿真实验结果对真实飞行航迹具有指导作用。     

综合孔径微波辐射探测系统仿真平台设计

由于综合孔径微波辐射探测系统在理论分析和大型阵列物理系统构建方面都十分复杂,因而仿真成为十分重要的研究手段。从系统建模、“搭积木”设计、模型/算法库设计、多级仿真设计以及体系架构等方面论述了综合孔径微波辐射探测系统仿真平台的设计,仿真内容涵盖被探测目标、环境、天线阵列、接收机通道和信号处理等。实验结果表明,该平台能正确模拟对远距空中目标的微波辐射探测,可用于综合孔径微波辐射探测理论及系统设计的研究。     

基于关联计算的相控阵雷达前视成像技术

基于关联计算成像原理, 提出一种适用于相控阵雷达的前视成像技术, 其随机移相是由配置二维相控阵雷达来实现的.为了模拟经典量子关联成像中的随机涨落光场以实现测量的不相关性, 需要控制二维相控阵辐射出的波前呈现随机幅相波动特性, 再结合压缩感知(compressive sensing, CS)的模型框架与稀疏贝叶斯学习(sparse Bayesian learning, SBL)算法解决关联耦合问题以实现目标场景的方向维和俯仰维超分辨成像。甚至可以在不需要雷达与目标相对运动的情况下, 结合宽带信号体制实现雷达前视超分辨三维成像。仿真实验和实测数据验证了其原理的正确性和算法的有效性。     

一种基于估计理论的ISAR超分辨成像方法

针对逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像中给定合成孔径长度下方位向匹配滤波脉冲压缩输出的主瓣分辨率随雷达至等效阵列距离变化这一难题,基于线性系统理论,通过目标方位向回波信号的等效建模,提出了一种基于最小均方估计理论的超分辨成像方法。不同于传统基于谱估计的超分辨成像方法,该方法利用对目标系统方位向冲击响应的估计信号进行成像,因而能够完全消除雷达至等效阵列的距离对方位向分辨率的影响。仿真实验证实了该方法的有效性。     

基于毫米波近场成像的二维稀疏面阵结构

介绍了一种基于口字型布局的二维稀疏面阵结构,该结构在保证等效阵元均匀分布的前提下,有效减小了进入接收机的耦合信号的能量。在载频35 GHz、带宽5 GHz的系统条件下,该结构采用64个发射天线与64个接收天线,通过电动扫描的方式可以实现对指定区域的三维快速成像。点目标扩展函数的仿真结果显示该阵型结构在方位向、高度向和距离向的分辨率分别达到6 mm、6 mm和3 cm;对复杂目标的三维成像实验进一步验证了该阵型结构具有良好的成像性能。     

空域滤波增益可调节的定向性均匀圆形阵列波达角估计

针对定向性均匀圆形阵列因单元天线的位置、主瓣指向及方向函数等因素造成信号来波落入天线旁瓣或零陷内, 从而导致部分单元天线接收的信号信噪比低、信息失效的问题, 首先研究了定向性均匀圆形阵列天线的方向性增益及功率波束角, 随后进一步分析了连续激励在定向性均匀圆阵远场的幅频响应, 最后提出了一种与波数无关的基于半功率波束宽度、增益可调节的空域滤波波达角估计模型。仿真实验结果表明, 与其他模型相比该模型在低信噪比下具有估计精度高、参与天线少的优点。与传统的定向性波达角估计模型相比, 当信噪比为-20 dB时, 该模型的临近空间角度分辨力明显优于前者, 并且随着可调节滤波增益至10 dB, 其临近角度的峰值隔离度可达65 dB。     

超分辨率处理中振铃现象的分析与抑制

为了抑制在实施FFT插值法重构的超分辨率图像中可能出现的振铃现象 ,深入分析了出现振铃现象的原因及产生条件 ,在此基础上设计了抑制振铃的频域补偿滤波器及其自适应算法。大量实验和比较结果表明 ,处理后的图像不但分辨率有所提高 ,而且未出现振铃现象 ,质量更好 ,从而证明了所设计的抑制振铃频域补偿滤波器及其自适应算法的有效性。     

雷达距离超分辨降噪技术及残留噪声统计特性分析

基于高分辨阵列处理算法估计雷达目标回波时延较常规的模糊图技术可获得增强的距离分辨力。本文对我们最近提出的一种针对线性／非线性调频（ＬＦＭ／ＮＬＦＭ）雷达脉压的降噪算法及残留噪声的统计特性进行了分析，并在此基础上提出了有效的距离超分辨处理方法。计算机模拟验证了分析的正确性并表明这一降噪预处理技术可大大降低雷达距离超分辨处理的ＳＮＲ门限。     

基于对角负载的波束空间波束合成器

同传统的阵元空间波束合成器相比,波束空间波束合成器通过减少自由度来实现运算量的减少。但该方法由于阵列失配的影响,会使系统性能大大降低。从理论上证明了在波束空间自适应阵列中,同样可以采用对角负载技术克服阵列失配,同时给出了此时对角负载方法的实现步骤、负载值的选择及阵列的增益参数。仿真结果证明了对角负载方法对波束空间波束合成器稳健性提高的有效性。     

载频重频联合捷变雷达目标参数估计方法

针对载频-重频联合捷变体制雷达目标参数估计问题,提出了一种新的基于多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法的载频-重频联合捷变雷达目标参数估计方法。通过信号模型的空时等效,将时域信号的处理等效成空域阵列信号的处理,并将超分辨阵列信号处理方法应用到目标的参数估计中,从而把目标距离和速度的估计等效成阵列中二维参数的估计,解决了由于载频-重频联合捷变所带来的目标参数估计难题。仿真实验表明,所提方法能有效实现对目标距离和速度的超分辨估计。