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。     

高炉浓尘环境料面散射特性建模与成像

工业恶劣成像环境下的雷达图像常存在对比度低和清晰度差等问题，质量退化的图像直接影响计算机视觉任务的处理效果以及目标参数反演结果。因此，对高炉料面后向散射进行建模，并针对弥散浓尘环境下的随机粗糙料面成像，提出一种基于衰减补偿和散射修正的成像方法。考虑微波沿空间路径的传播损耗，在回波模型中加入环境因子，采用瑞利散射和积分方程法分别求解衰减系数和粗糙面的后向散射系数，从传输损耗和散射机理出发，对图像进行损耗补偿以及目标像素亮度的提升，减小图像因成像环境、目标距离以及表面起伏形状不同造成的信号强度差异。通过南钢3号高炉雷达数据验证算法，目标像素亮度差异平均减小4.33 dB,有效改善雷达成像中高炉径向距离起伏料面的成像性能。     

基于组稀疏的极化差分SAR层析成像方法

差分合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)层析成像通过多航过数据重建观测目标的后向散射系数和视线方向形变速率。将全极化与差分SAR层析相结合,针对城市建筑成像高程向稀疏的特点以及全极化数据反演中,信号稀疏支撑集相同的特点,提出将稀疏约束与组稀疏约束相结合的求解模型,用基于层次稀疏的阈值迭代方法进行求解。通过仿真实验和基于BioSAR 2007实测数据的半仿真实验验证,实验表明全极化差分SAR层析成像方法,重构结果相较于单极化,提高了高程向和形变速率精度,且有更好的鲁棒性,在信噪比为10 dB时,相较于单极化差分SAR层析成像方法,能更好恢复高程向信息和形变速率。     

全极化SAR半实物仿真系统

在微波暗室内构建了一种全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)半实物仿真系统。系统利用可移动的取样架模拟SAR的飞行轨迹,矢量网络分析仪作为核心仪表放置于取样架上一起运动。矢量网络分析仪的双通道经过扩展端口分别连接到两路垂直和两路水平极化的天线上,在取样架移动的过程中,可一次性获取目标的全极化散射矩阵测试数据。通过改进的滤波〖CD*2〗逆投影算法进行信号处理,获得了目标全极化二维图像。实验给出了L波段和C波段的场景测量及成像结果,通过处理得到的图像分辨率优于0.2 m,并且成像结果与场景的物理特征相一致,验证了该系统的可行性。     

基于毫米波LFMCW雷达散射计的地杂波测量方法

研究毫米波雷达的地杂波特性对提高毫米波雷达的目标探测性能和大地遥感具有重要的作用.针对毫米波雷达地杂波测量问题,讨论了地杂波散射系数测量方法,对毫米波线性调频连续波(linear frequency modula-tion continuous wave,LFMCW)雷达散射计的系统校准、有效独立采样数、数据处理中软件门的应用以及减少测量误差等相关技术进行了研究;给出了Ka波段散射计测量灌木丛杂波特性的结果,结果表明在入射角小于15°范围内灌木丛的杂波幅度分布服从瑞利分布.     

二维近程微波全息成像算法

二维近程微波全息成像技术已被考虑应用于人体安检、医疗成像、隐匿武器检测等,该技术采集前、后向散射数据,入射场完全由测量或模拟直接获得,成像质量和分辨率相比近程毫米波全息成像技术有一定提高。但该技术现阶段还没有成像系统,仍处于起步阶段。对于该技术的算法实现,给出了一套利用任意复杂电磁计算(feldberechnung bei korpern mit beliebiger oberflache, FEKO)软件模拟目标散射波和入射场,并对获取数据进行网格化方法处理,最终将处理后数据重构目标图像的实现方案。在此基础上,证明了真实的入射场和前向散射数据对成像效果影响显著,同时分析了不同扫描孔径、天线位置、复杂物体的成像效果,并给出相应结论,为实际应用提供参考数据。     

微波段电单轴介质主轴方向确定及参数反演

给出了各向异性介质介电系数张量主系表达式和实验室系表达式之间的关系。讨论了实验室系中电单轴介质介电系数张量的特点。将各向异性介质沿三个正交方向切割成板状样品,分析了电磁波沿不同入射方向和不同极化情形下,样品板后向散射的特点。提出了一种测量板状样品后向散射场交叉极化分量并结合已有方法反演微波段电单轴各向异性介质参数和确定介质主轴方向的新方法。利用时域有限差分方法数值模拟了电各向异性板状材料的后向散射,并给出了参数反演和主轴方向确定的算例。理论分析和数值模拟结果表明,本文方法可应用于自由空间测量中电单轴各向异性介质主轴方向确定和介质参数测量。     

宽带LFM信号数字产生与采集系统

介绍了采用高速数字基带和正交调制电路实现的宽带LFM脉压信号产生系统的工作原理及实现方法 ,给出了系统产生的 70MHz带宽、2 0 μs时宽、2 0 0MHz中频LFM信号的实测频谱 ,结果表明 ,信号杂散达到 - 6 0dB。同时介绍了 10 0MHz高速数据采集系统的设计实现及其对数字产生LFM基带信号的采集和分析情况     

基于线性调频步进信号的空间自旋目标时变三维成像方法

三维成像对空间目标测量、分类、识别等具有重要的意义。线性调频步进信号具有瞬时带宽较窄的特点,可获得较远的探测距离,在空间目标监视中具有优势。基于线性调频步进信号模型,提出了一种空间自旋目标时变三维成像的方法,并对由此产生的距离走动等问题进行了详细讨论。通过采用L型三天线雷达,首先分别获得各天线回波对应的高分辨距离像(high resolution range profile, HRRP)序列,然后利用Hough变换提取高分辨距离像序列中各个目标散射点的自旋运动特征,以获得各个散射点的自旋“轨迹”,最后通过对不同干涉平面内的高分辨距离像序列进行干涉处理,获得各散射点在每一慢时间时刻的空间方位向和俯仰向位置,结合高分辨距离像序列获得的距离向信息即可准确重构散射点的时变空间三维位置。仿真实验验证了文中自旋目标时变三维成像方法的有效性。     

计算机模拟合成孔径雷达集成框架研究

由于合成孔径雷达（SAR）遥感的独特优势,使得它得到了广泛的应用。但由于SAR成像过多的依赖SAR传感器和地物的反射特性,因此所成像也仅限于某一时刻,波长、极化、特定地点等,并且从发射微波信号到图像生成这一系列过程中,有大量工作是要在空中完成,由于仪器设备和处理技术的限制,在每一个环节上都可能会产生难以预料的系统误差和随机误差。鉴于此,本文结合计算机模拟技术、地物散射特性、SAR成像机理,提出并建立了计算机SD模拟SAR系统的集成框架,利用集成系统能够在不同入射方式、波长、极化方式、以及植被生长、地物变化的不同阶段进行动态、实时的生成SAR模拟图像。从而取代外业实验工作节省获取雷达图像的时间和开销,可以避免由于错误决策和操作所带来的风险。     

用去卷积方法测量和差通道延时补偿量

宽带单脉冲三维成像雷达具有很高的距离分辨率,差信号经过相对于和信号的归一化处理后就能提供目标方位、俯仰信息;但和差通道微小延迟差可能对角度测量造成较大影响.介绍了宽带脉冲三维成像雷达原理和用去卷积测量和差通道延迟补偿量的方法,分析了和差通道延迟不同对角误差测量结果的影响,并用去卷积方法测量了仿真数据的和差通道延时补偿量.由分析可知,去卷积方法测量和差通道延迟补偿量不仅计算量小,并具有很高的测量精度.     

MPOS联邦实时组合算法

微小型位置姿态测量系统(micro position and orientation system, MPOS)是为成像载荷提供实时高精度运动补偿信息的关键装置，其测量精度严重制约成像精度的提升。针对MPOS集中滤波实时性差的问题，在基于双ARM (advanced reduced instruction set computing machines)硬件平台的基础上，采用联邦滤波实时组合算法对多组传感器数据进行最优信息融合。以微惯性测量单元为公共参考系统，双天线全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)和磁强计作为子系统提供量测信息，将各个子系统得到的局部误差协方差及状态估计值在主滤波器中进行信息融合得到最优估计值。通过动态实验验证了基于联邦滤波实时组合方法的MPOS,其位置、速度、航向角及水平姿态角精度可达0.6 m, 0.03 m/s, 0.15°,0.04°。     

群聚卫星系统参数对INSAR测高测速精度的影响

群聚卫星SAR(syntheticapertureradar)系统是一种新的功能强大的SAR系统。切航迹干涉SAR(CT INSAR)及沿航迹干涉SAR(AT INSAR)是该系统的两种主要工作模式。主要研究该系统中各种参数测量的误差对切航迹干涉SAR成像高度精度的影响,分析并给出了在测绘带内对各种数据测量精度的要求。还分析了沿航迹干涉SAR中测速精度对基线测量精度的要求。仿真结果表明,CT INSAR系统对基线精度的要求比AT INSAR系统要高得多。     

一种海面后向散射特性实时仿真的统计模型

提出了一种用于海面后向散射特性实时仿真的三参数模型,导出了分别符合Weibull分布、Log-ormal分布和K-分布等三种统计模型的海杂波生成函数,并讨论了各函数中参数的拟合优化方法.该模型的输出特性既满足实测海面后向散射系数数据的均值和标准偏差,同时又反映出给定的概率密度统计特性,可用于各种仿真系统中的海杂波实时仿真.     

地海交界分区域复合粗糙面建模及电磁散射特性研究

研究了地海交界分区域复合粗糙面的建模方法及其电磁散射特性。采用蒙特卡罗方法建立地海交界分区域复合粗糙面模型,采用高斯谱模拟实际地面,采用变浅系数与北海联合海浪计划(joint north sea wave project, JONSWAP)谱结合而成的有限水深海谱模拟实际近海海面,基于分区域复合粗糙面建模理论,运用多种加权反正切函数处理实现了线型、月牙型、峡谷型自然环境。考虑了各介质区域内部的面元耦合以及区域之间和交界处面元的耦合作用,对地海交界分区域复合粗糙面的散射问题,提出了一种基于分区域面元的迭代物理光学法,采用快速远场近似（fast far field approximation, FaFFA）与局部耦合技术加速其迭代过程。对比了陆地粗糙面、海面和地海交界分区域复合粗糙面的电磁散射特性,计算了分区域复合粗糙面的散射系数,并讨论了极化方式、入射角、边界形状、陆地粗糙面的均方根高度、相关长度和近海海面的风速对地海交界分区域复合粗糙面电磁散射特性的影响。基于迭代物理光学法所获取的分区域复合粗糙面总散射场,采用正侧视条带式成像模式,选用距离多普勒算法对不同特点的地海分区域复合粗糙面进行合〖JP2〗成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像,并讨论了陆地粗糙面与海面各自的相对介电常数对SAR成像的影响。该研究包括了地海交界环境的建模、电磁散射特性的求解及其SAR成像,由仿真结果得到了地海交界分区域复合粗糙面的SAR像特点,对反演地海交界环境的电磁特性以及遥感、探测具有借鉴意义。     

双模式侦察干扰一体化技术

针对电子对抗领域中侦察干扰一体化的应用需求以及对宽、窄带雷达的作战需求, 提出了一种基于数字收发信道化和数字并行上下变频结构的双模侦察干扰一体化架构。重点研究了无盲区50%重叠收发信道化的实现原理; 并建立了仿真模型, 评估了其对宽窄带信号的重构能力, 在此基础上得出了两种模式协同工作的策略和依据。通过双模协同工作, 不仅可实现对不同带宽信号的参数测量, 还能自适应地进行数字储频并重构高线性度、低杂散的干扰信号。     

宽带相控阵雷达中波束形成问题的研究

多功能宽带相控阵雷达可以灵活地切换于多种工作模式和实现高分辨成像,成为相控阵雷达发展的重要方向。工作在成像模式时,系统采用具有一定带宽的信号,传统窄带波束形成的方法在宽带相控阵雷达中不再适用。对宽带相控阵雷达中波束形成问题进行了讨论,对波束方向图的畸变给出了定量分析和实验结果。在此基础上,提出了频域宽带波束形成方法中频率柜划分的依据。     

收发全数字波束形成相控阵雷达关键技术研究

介绍了基于DDS技术实现系统幅相控制的8单元收发全DBF(数字波束形成)相控阵雷达的基本原理,并讨论了天线、全数字T/R组件、系统软件等各分系统组成。同时介绍了该雷达系统的工作过程、系统校正过程,还给出了实际测量的系统各发射通道的幅相误差、误差补偿后不同加权的发射方向图、零点形成发射方向图以及接收方向图。     

双层稀疏贝叶斯学习ISAR超分辨成像算法

传统贝叶斯成像常采用拉普拉斯分布进行成像特征表征，易使得成像结果过稀疏而容易丢失部分弱散射的结构特征，进而影响逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像精度提升。为实现高精度ISAR超分辨成像，本文采用伯努利-拉普拉斯混合稀疏先验对目标统计特性进行概率建模，利用双层稀疏对目标先验进行统计约束，从而有效模拟目标散射场统计先验。并在贝叶斯层级模型下，通过引入隐变量建模的方式对先验进行分层构建，在解决先验分布与高斯似然函数不共轭问题的同时简化贝叶斯推断，降低模型复杂度。为避免繁琐的手动参数调整，实现超参数的自调节，本文对各随机变量建立条件概率依赖模型，并利用马尔可夫链蒙特卡罗随机模拟估计算法解决高维积分和后验分布难以求解的问题，实现相关超参数的统计估计，提升算法自学习能力。仿真和实测数据均证明本文所提方法具有有效性和优越性。     

新型超宽带圆极化印刷天线

针对传统圆极化微带天线轴比带宽较窄的问题,提出了一种新型的超宽带圆极化印刷天线。该天线结构简单,仅由C型辐射贴片和改进后的地板组成。采用微带馈电模式,整个天线尺寸仅为25 mm×25 mm×1 mm。通过优化C型贴片和在地板上增加三角形和小长方形微扰结构,可以有效增加天线的阻抗带宽和轴比带宽。给出了天线的设计流程,从表面电流分布分析了圆极化天线的工作机理。加工了天线实物,并对其进行了测量。仿真和实测结果表明天线具有超宽的阻抗带宽和轴比带宽。天线的工作频带为4.4~11.6 GHz(相对带宽为90%),3 dB轴比带宽为3.6~11.3 GHz(相对带宽为103.4%)。测量了天线的辐射性能和增益特性,实测结果与仿真结果吻合较好,证明了该天线的有效性。该天线可以应用于超宽带无线通信系统和卫星通信系统中。