基于弹跳射线技术的三维GTD模型构建方法

传统的基于弹跳射线(shooting and bouncing ray, SBR)技术的散射中心提取方法只考虑了理想点模型, 但理想点模型无法描述散射中心的频率依赖特性。对此, 提出一种基于弹跳射线技术的三维几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)模型构建方法, 在通过传统方法获取的理想点模型的基础上, 利用射线管数据正向推算散射中心的频率依赖参数并修正其径向位置, 实现了高精度三维GTD模型构建。仿真结果表明, 点频、单视角下构建的三维GTD模型不仅能准确重构相同条件下的雷达散射截面(radar cross section, RCS), 还能实现宽带RCS外推, 能够满足目标宽带散射数据高效压缩和快速重构的应用需求。     

基于相干极化GTD模型的散射中心提取新方法

针对高分辨极化测量雷达体制,提出了一种基于相干极化几何绕射模型(GTD)的雷达目标散射中心提取新方法。首先建立了全极化测量条件下的相干极化GTD模型,并将MUSIC算法拓展用于高分辨雷达目标的全极化散射中心提取。该方法是一种极化和超分辨联合处理方法,它实现了对不同极化通道的散射中心数目、位置、类型、强度以及归一化相干极化散射矩阵的同时估计,同时还因充分利用了全极化信息,提高了各参数估计的精度。基于仿真和实测数据的实验结果验证了该方法的有效性。     

基于改进MUSIC算法的散射中心参数提取及RCS重构

随着隐身技术的发展，雷达目标的边缘绕射等逐渐取代镜面散射成为主要的散射源，因此基于几何绕射理论（geometric theory of diffraction，GTD）的散射中心模型对隐身目标电磁散射特性的描述要比衰减指数和模型更为精确。显然，准确估计出GTD散射中心参数对刻画目标散射特性犹为重要。针对经典多重信号分类（multiple signal classification，MUSIC）法仅利用目标原始回波数据、参数估计精度不高这一问题，提出一种改进的MUSIC算法对散射参数估计提取。改进的MUSIC算法通过对原始回波数据取共轭，构建新的总协方差矩阵，有效利用了目标原始回波数据的共轭信息。仿真结果表明，与经典MUSIC算法相比，改进的MUSIC算法参数估计精度更高，雷达散射截面重构拟合程度更好，且运算量增加不大，可有效提取出隐身目标的散射中心。     

基于Hankel矩阵改进TLS-ESPRIT算法的散射中心参数提取及RCS重构

基于几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)的散射中心信号模型可以精确描述隐身目标电磁散射特性,将总体最小二乘-旋转矢量不变技术(total least squares-estimating signal parameter via rotational invariance techniques, TLS-ESPRIT)算法引入此模型中,为散射中心提取提供了超分辨率算法。针对TLS-ESPRIT算法在低信噪比条件下估计精度不高的问题,引入Hankel矩阵改进TLS-ESPRIT算法对回波数据处理的过程,改进后的算法提高了在低信噪比情况下对散射中心参数估计的精度,具有更好的噪声鲁棒性。在对目标的识别以及雷达散射截面(radar cross section, RCS)重构方面具有重要意义。     

空间目标动态电磁测量数据仿真方法研究

空间目标由于高速运动和微运动在电磁波上的调制效应,其动态实测的雷达散射截面(radar cross section,RCS)和高分辨一维距离像(high resolution range profile,HRRP)与暗室测量或电磁计算数据存在较大的差异。针对空间目标外场动态测量数据难以获取的难题,提出了用目标静态数据生成动态RCS和一维距离像数据的方法。该方法首先确定目标的轨道和雷达的布站坐标及工作模式,而后计算目标在雷达观测视线(line of sight,LOS)方向上的姿态和运动参数,最后根据空间目标高速运动、自旋、进动等在电磁波上调制的数学模型生成动态测量数据。给出了该方法的具体步骤,仿真实验证明了方法的有效性。     

基于姿态修正的目标RCS动态测量方法

相比于暗室和固定雷达平台的目标雷达散射截面(radar cross section,RCS)精确测量方法,提出了基于姿态修正的目标RCS动态测量方法。该方法适用于机载、艇载、球载等移动雷达平台,以有源标准目标作为参考目标,创建了雷达天线方向性因子修正方法、有源标准目标天线方向性因子修正方法、极化不一致性估算方法以及空间几何关系计算方法,实现对目标RCS的动态测量。利用S波段机载雷达对方法的有效性进行验证,结果表明:该方法具有较高的测量精度和试验可操作性,可为外场目标RCS的动态测量提供重要的技术支持。     

基于RELAX和PSO算法的GTD模型参数估计

针对传统的几何绕射理论（geometric theory of diffraction, GTD）模型参数估计方法存在模型定阶困难、低分辨率时多散射中心难以准确估计、计算量大、易收敛于局部极值等问题,提出一种组合松弛（RELAX）算法和改进粒子群算法(particle swarm optimization, PSO)的GTD模型参数估计新方法。该算法基于RELAX思想,可以有效解决模型定阶问题;通过成像处理给定距离参数初值,并引入变异机制,使之能够稳定高效地收敛于全局最优值;在每次估计时通过检验同一分辨单元内是否存在多个散射中心,使之具有较好的超分辨能力。实验结果表明,该算法可以高效准确地估计GTD模型的散射中心参数。     

一种基于稀疏重构的多视角MIMO雷达关联成像算法研究

为改善复杂目标的成像表现、提升雷达图像的视觉效果,提出一种基于稀疏重构的多视角多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达关联成像方法,设计了多视角雷达散射面积(radar cross section, RCS)起伏的稀疏重构关联成像模型。所提算法能提高辐射场信号随机性,改善复杂目标雷达关联成像参考信号与回波之间相关性退化的情况,减小多视角RCS起伏对相关性的影响,提升多视角下的关联成像质量。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。     

基于散射体模型的PolInSAR数据模拟反演研究

极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)测量是一种集极化雷达(PolSAR)和干涉雷达(InSAR)测量技术于一体的新的对地观测技术,利用极化干涉雷达数据提取地表植被垂直结构参数是当前极化干涉研究的热点问题.然而现在国内外适用于PolInSAR处理的数据都是重复轨道数据,其中应用广泛的是SIR-C/X-SAR数据,其成像时间在10多年前,成像区域植被高度及衰减系数大小无法考证,因此利用该数据进行反演,反演结果的精度无法验证,故有必要对极化干涉数据进行模拟来验证PolInSAR反演算法的优劣.提出了一种便于验证反演算法的基于散射体模型的PolInSAR数据模拟方法,并利用基于统计特征的反演算法验证了该数据的有效性.     

近场散射测量中的天线方向图修正技术

针对近场散射测量中由于天线方向图照射的不均匀性,在近场数据外推后难以获得目标准确雷达散射截面(radar cross section, RCS)的问题,提出基于近似函数的天线方向图修正方法,在近场数据外推的过程中对天线方向图进行补偿,从而提高目标RCS测量的准确性。首先推导了近远场变换的计算过程,然后根据收发天线照射目标的角域,分析了与天线方向图吻合的近似函数,通过对近似函数的傅里叶级数展开修正了天线方向图的影响。仿真结果表明,对于不同的天线方向图,该方法在近远场变换过程中具有良好的修正效果。实验分别对点目标和线目标进行了验证,结果表明了方向图修正外推方法的有效性和准确性。     

基于频域稀疏压缩感知的雷达目标三维散射中心反演方法

基于平面阵列的微波天线结构可以获取多视角下的目标散射中心三维分布。针对平面阵列稀疏分布导致的目标成像及散射中心反演精度较差的问题, 设计了一种基于组合巴克码的稀疏孔径分布方式。在此基础上, 利用稀疏孔径回波和频域主成分分析得到参考复数信号。利用该参考复数信号对原始回波进行干涉处理, 获得回波频谱的稀疏表征方式。在频域建立基于压缩感知的目标散射中心三维分布模型并进行优化求解, 得到重构后的目标三维频谱, 并逆变换至空间域, 可实现目标散射中心幅度及三维位置重建。暗室试验数据处理结果表明, 所提方法在X波段和稀疏采样率为50%的条件下, 目标散射中心幅度及三维位置反演精度均优于90%。     

雷达目标动态RCS仿真研究

根据中段弹道目标的运动学特性，结合室内缩比模型RCS静态测量数据，提出了一种雷达目标动态RCS仿真的方法。该方法首先仿真空间目标飞行弹道，然后计算目标在飞行过程中的方位角，由此获得目标在设定场景下的RCS动态特性。仿真结果与理论分析相比较，证明了所提出方法的可行性。     

RCS测量中目标与金属支架间的耦合散射研究

在采用低散射金属支架的目标雷达散射截面(radar cross section, RCS)测量中, 被测目标与低散射金属支架之间的耦合散射效应是影响测量数据不确定度的重要因素。以RCS测试中常用的短粗圆柱定标体和飞翼外形隐身飞机模型为被测目标, 重点研究目标与金属支架间的表面波型与多次反射型两种主要耦合散射机理。采用一维高分辨距离像、时频分析、二维逆合成孔径雷达成像等技术, 分析了被测目标与金属支架之间不同类型耦合散射的形成机理, 并据此提出了相应的消除方法。数值计算与仿真结果验证了本文方法的有效性。     

微带阵列天线雷达散射截面缩减技术研究进展

天线的雷达散射截面(radar cross section,RCS)是判断飞行器隐身能力的重要参数。降低天线RCS大致可以分为全时缩减和非全时缩减两类方法。追踪最新的研究进展,介绍了一些可以降低微带天线RCS的结构,详细讨论了天线RCS缩减的各种方法并分析其利弊。最后指出微带阵列天线需要结合多种技术形成多层可重构阵列来减少RCS。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

基于多观测向量块稀疏的MIMO雷达非理想正交波形成像

基于稀疏恢复的多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达波形分离方法,能够代替匹配滤波,提高MIMO雷达非理想正交波形分离效果,对目标高分辨成像。但由于目标像稀疏性较弱,多观测向量(multiple measurement vector, MMV)稀疏恢复算法的效果有限。通过调整感知矩阵发掘目标像的块稀疏性,提出了一种基于块稀疏的MMV稀疏重构算法来提高成像质量。首先采用改进的复合三角函数(improved composite trigonometric function, ICTF)作为平滑函数近似l₀范数,然后将其扩展到基于块稀疏的MMV模型,最后通过自适应调整正则化参数提升算法稳健性。通过实验验证了该算法在不同稀疏度、不同信噪比下的重构性能,仿真分析了其应用于MIMO雷达对多散射点目标模型的成像效果。仿真结果表明,所提算法能够更好地提高成像质量。     

雷达目标散射中心模型反演及其在识别中的应用

提出了一种基于散射中心模型的距离像识别方法。首先采用稀疏空间网格上的宽带测量数据离线反演目标散射中心模型,再将从距离像中实时提取的一维散射中心特征与该散射中心模型的一维投影进行匹配完成在线识别。在散射中心模型反演中,提出了稳定散射中心的概念并基于此完成稀疏空间网格下的一维散射中心投影关联。在识别过程中,通过设计合适的匹配函数解决散射中心参数估计误差和模型误差造成的散射中心数目、幅度和位置不完全匹配问题。仿真实验表明,对于精度较高的模型,基于模型的识别方法与基于距离像模板的方法识别率相当,而在存储量和灵活性方面优势突出。     

任意理想导电目标的NURBS曲面建模与RCS预估

少量的NURBS参数曲面足够描述任意目标的几何形状,通过Cox-De Boor变换算法可将任意NURBS曲面拆分为Bezier曲面。针对NURBS曲面目标模型,提出了非常适合于工程应用的目标电磁散射建模方法。该方法使用CAD软件(如UG等)进行复杂目标几何建模,通过其IGES接口传递模型数据;应用驻相法计算Bezier曲面上的物理光学(PO)散射场积分,快速、准确地获得任意复杂目标的RCS;讨论了NURBS曲面目标几何建模及其RCS计算中的关键技术。最后通过算例验证了理论算法和计算程序的有效性。     

基于改进混合对数正态分布模型的隐身飞机动态RCS统计特性分析

针对经典模型描述复杂航迹情况下的隐身飞机动态雷达散射截面(radar cross section,RCS)统计分布特性精度不足的问题,提出一种精度更高、拟合效果更好的改进混合对数正态分布模型.首先,基于目标电磁散射数据建立隐身飞机静态RCS数据库.其次,结合实战过程中隐身飞机的运动规律,对其进行复杂机动航迹建模,解算得...     

基于GTD模型的多视角多频带ISAR融合成像

多视角多频带逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)融合成像技术克服了单雷达成像分辨率受发射带宽和观测视角的限制，是提高ISAR成像的二维分辨率的新手段。在宽带小角度观测条件下，针对目标散射系数随频率变化的情况，提出一种基于几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)模型的多视角多频带ISAR融合成像方法。首先，以GTD模型为基础建立ISAR成像回波模型；然后，将多视角多频带ISAR融合成像问题转化为信号稀疏重构问题，并采用正交匹配追踪算法求解，在保证融合成像质量的同时提高了的成像效率；最后，利用仿真实验验证了所提方法的有效性。