窄带雷达自旋目标成像

在详细分析自旋目标窄带雷达回波特性的基础上,提出基于复数后向投影算法的自旋目标成像算法,由于该算法利用旋转散射点的相位进行匹配搜索成像,因此具有较高的分辨率以及成像效率.同时,本文分析了该算法的分辨率及其对雷达脉冲重复频率(PRF)的要求.若目标转速较高而系统PRF无法满足,则根据压缩感知理论以及自旋目标ISAR数据的稀疏性特点,建立了方位欠采样条件下的成像模型,并提出基于正交匹配追踪的自旋目标成像算法.不同条件下的仿真结果验证了算法的有效性.     

多视观测下雷达转台目标成像的关键参数估计

转台目标模型是逆合成孔径雷达等高分辨率雷达成像系统的基本模型,联合利用多视角观测数据可有效提高转台目标的成像分辨率.针对目标转速、多观测视角差等先验条件未知的转台目标观测情形,文中提出一种基于距离多普勒图像域散射中心位置提取的目标转速、等效旋转中心及各次观测视角差的顺序估计方法.进而,结合卷积逆投影(CBP)算法,形成雷达转台目标高分辨率融合成像的完整方案,取得了优于单视角观测的成像分辨率.同时,分析了参数估计方法的性能及影响性能的若干因素,并通过Monte Carlo仿真验证了性能分析结果.最后,数值实验结果进一步验证了所提供参数估计方法的有效性.     

一种基于改进SVA的SAR旁瓣抑制算法

针对现有的Spatially Variant Apodization(SVA)算法不能有效抑制旁瓣或损失主瓣能量的问题,该文提出了一种改进的SVA算法.该算法把传统的滤波器从3点扩展到5点,并且根据采样率的不同,设定相应的滤波器参数,得到满足约束优化理论的最优解.改进的SVA算法能够与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像算法相结合,在距离压缩和方位压缩中,分别利用改进的SVA算法来抑制旁瓣.该算法适用于任意奈奎斯特采样率,既能有效地抑制旁瓣,又能保持主瓣的能量和信号的高分辨率.实验结果表明,与传统的频域加窗方法相比,该方法能够在保持图像高分辨率的前提下,更有效地抑制旁瓣.     

多通道雷达天线阵列的设计理论与算法

多通道雷达天线阵列的设计,尤其是MIMO雷达阵列的设计是一个全新的研究内容,涉及MIMO雷达的目标回波空间分集实现、空间采样能力,由此影响目标参数估计、DOA和雷达成像性能.论文从目标散射模型、收发信号模型出发,提出了基于空间卷积理论的MIMO雷达天线阵设计方法与算法,着重分析和介绍了收发复用线性阵情况下的MIMO雷达阵列设计算法,给出了并证明了其等效接收阵列存在的充要条件,在此基础上,论文以目标成像的空间采样和DOA估计性能为例,给出了典型的空间采样模型,对于空间卷积不存在解析解的空间采样模型,也给出了逼近算法.     

基于SIAR体制的单基地MIMO雷达方向综合及测角性能分析

针对同时辐射多载频的正交信号、收发天线稀布且不共用的单基地MIMO雷达，以及在低仰角目标回波存在多径现象的情况下，提出一种基于SIAR体制的单基地MIMO雷达的方向综合方法，即综合利用MIMO的发射天线和接收天线孔径，在方位和俯仰两维数字波束形成（DBF）；并结合多载频工作的MIMO雷达，研究了基于多径相干信号分离的面阵广义MUSIC算法．该方法将发射天线、接收天线的相位延迟同时补偿，在接收端对发射波束进行两维方向综合，提高了雷达的角分辨力和测角精度；并通过降维处理减少了运算量．最后给出了多径情况下，单基地MIMO雷达方位、俯仰二维角度估计的克拉美·罗界（CRB）．计算机仿真证实了该方法的有效性．     

基于去伪加权方差最小化算法的大型复杂零部件局部配准全局方法研究

以汽车飞轮壳、车身为典型代表的大型复杂零部件机器人加工质量高度依赖于测量技术.针对现有点云配准算法难以抑制由于结构偏差、余量分布不均和各种测量固有缺陷所引起的匹配偏差问题,本文围绕局部配准定位全局的思路,提出一种去伪加权方差最小化(DPWVM)算法用于点云精配准.建立自适应比例因子调节的权重函数,区分结构偏差点云和其他异常点云,从而对每个点对距离施加合理权重,以降低结构偏差点云对配准精度的影响.进一步,统一点到点距离和点到面距离,建立自适应协调距离,以提升算法收敛稳定性.本文所提算法在汽车飞轮壳局部配准定位全局的过程中可有效提高配准精度并抑制匹配倾斜,相比于ICP、VMM算法,绝对定位精度分别提升18.9%和66.7%,匹配倾斜抑制程度分别提升25.9%和85.3%,与WPMAVM算法相比,收敛稳定性进一步提高.此外,本文所提方法仅需单次数据采集即可有效配准定位,极大地提高了配准效率.     

基于发射方向图合成的低PAPR宽带MIMO雷达波形设计

本文研究了单向和宽角度的宽带MIMO雷达发射方向图合成.首先构造了单一范数优化准则下单向发射方向图合成的统一框架,使得已有的一些方法可视为其特例.在此基础上,提出了一种基于单向发射方向图合成的波形设计方法,并考虑了设计的波形具有单模或低的峰均比(PAPR)特性;进而提出了一种混合范数的宽角度的发射方向图合成方法.本文将上述的方向图合成和波形设计问题转化成凸优化问题,然后利用公开的模型系统CVX求解.仿真结果表明,本文方法设计的单向方向图能有效地逼近了期望的方向图,也验证了合成波形满足期望的单模或PAPR约束;另外,仿真显示设计的宽角度的方向图在主瓣区域内逼近了期望主瓣响应,而将旁瓣峰值比控制在-40 dB以下.     

基于二维Chirp-Z变换的前视FMCW雷达成像新方法

机载前视成像作为一种全新的成像雷达工作模式,与调频连续波技术的结合有着诸多的优势.本文以"一发多收"系统为研究对象,根据其成像几何模型给出了基于调频连续波的前视雷达回波信号表达式,利用双基等效单基原理,将回波信号等效为"自发自收"系统时的情况,同时分析了载机在发射信号和接收信号过程中连续运动带来的影响–产生多普勒频移,以及对其近似补偿方法.在此基础上,本文提出了一种针对调频连续波前视雷达成像的基于二维Chirp-Z变换变标的成像算法,给出了算法的完整推导过程和各补偿因子的表达式,整个算法只包含Fourier变换和复乘操作,不涉及插值,易于工程实现.最后仿真数据处理结果验证了本文分析的正确性和算法的有效性.     

一种环月交会对接航天器的自主导航方法

我国正在进行月球采样返回工程,月球轨道交会对接是采样返回任务中关键环节之一.本文提出了一种新交会过程中目标航天器和追踪航天器自主航方法.该方法综合利用成像敏感器、交会雷达和激光高度计测量信息,结合绝对轨道动力学模型,利用UKF滤波算法设计航滤波器,能够同时估算交会对接过程中追踪航天器和目标航天器绝对轨道参数.在月球阳照区,采用成像敏感器和交会雷达测量信息进行自主航;在月球阴区,则采用交会雷达和激光高度计测量信息进行自主航.通过理论分析和数学仿真,验证了所提出自主航方法有效性.本文所提出方法为月球轨道交会对接工程实现提供了理论参考.     

高分辨雷达距离-多普勒扩展目标广义自适应子空间检测器

本文提出了一种非高斯杂波中的距离-多普勒扩展目标广义自适应子空间检测器(RDST-GASD).采用了频率-慢时间子空间模型来描述宽带雷达回波信号序列.杂波的统计模型采用球不变随机向量描述,各距离单元内的杂波具有相同的归一化协方差矩阵和不同的功率(非均匀),并且假设可以得到只含有杂波的参考单元的数据以估计杂波的协方差矩阵.通过理论分析证明了RDST-GASD对杂波的功率和协方差矩阵都具有恒虚警的性质.对于宽带雷达,在相参处理时间内,目标回波通常存在越距离单元走动,RDST-GASD进行了距离对齐处理,从而实现了有效的相参积累,提高了检测性能.     

室内距离向合成孔径激光成像的实验研究

（逆）合成孔径技术和激光技术的结合，综合了（逆）合成孔径雷达和激光雷达的优势，可以得到高分辨率的二维图像，是一个研究热点．给出了逆合成孔径激光成像雷达原理性的室内成像系统和数据处理方法．系统采用收发镜头分离的方式，可以有效的消除来自镜头和光纤断面等的干扰．数据处理中，给出了基于参考通道技术的一种频率非线性的时域补偿方法，有效的解决了可调谐激光器发射脉冲频率非线性的问题，然后结合已有的平动补偿技术和逆合成孔径成像算法，得到了逆合成孔径激光雷达成像图像．最后，实验结果证明了系统的可行性和所给处理方法的有效性．     

基于特征谱散布特征的低分辨雷达目标分类方法

大多数雷达,特别是地面警戒雷达,其脉冲重复频率相对较低,会导致雷达发动机调制(JEM)回波多普勒模糊,对目标的观测时间(扫掠时间)相对较短,多普勒分辨率较低,会导致目标分类性能下降.针对这一问题,本文从模式分类的角度提出了利用JEM特征谱散布程度特征实现喷气式飞机、螺旋桨飞机和直升机目标分类的方法.分析指出JEM回波在多普勒域近似看作是一系列线谱,采用谐波和的数学模型提取特征谱作为分类特征,分别给出脉间、脉内的特征谱提取方法及特征的降维方法.该特征不补偿机身回波,对机身多谱勒变化不敏感.仿真实验证明了所提方法的有效性.     

空间进动锥体目标窄带雷达成像算法

弹道中段目标成像技术是弹道导弹防御系统的核心技术．由于弹道导弹中段飞行过程中具有空间进动形式，宽带ISAR成像雷达无法利用统一的相位补偿函数进行相位补偿，导致成像结果的模糊．本文提出一种利用窄带雷达实现空间进动锥体目标成像的算法，算法采用高分辨时频分析技术获取进动目标散射中心多普勒历程；采用广义Radon变换理论，提取目标散射中心的时频多普勒曲线参数，在参数空间内实现目标散射中心的二维重构．暗室测量数据的试验结果表明，算法可有效实现对进动目标的窄带雷达成像．     

机载雷达空时二维自适应处理框架及其应用

推导了机载相控阵雷达空时二维自适应信号最优处理器的另一种等价表达式，由此提出了空时二维部分自适应处理框架，将文献上已有的主要几个空时二维部分自适应方法给出了统一的分析形式，并着重对基于Ｄｏｐｐｌｅｒ预滤波的２种典型降维空时二维处理方案进行了详细的性能比较。     

互耦条件下双基地MIMO雷达的收发角度估计

阵元互耦的存在会使双基地MIMO雷达多目标定位算法的性能恶化．利用发射和接收互耦矩阵的带状、对称Toeplitz性质，提出了一种基于ESPRIT的双基地MIMO雷达收发角度算法，并针对现有参数配对算法中存在参量兼并的问题，给出了一种改进的自动配对算法．仿真结果表明：在存有相同发射角／接收角时，本文算法仍能有效实现多目标定位，无需进行谱峰搜索和额外的目标配对；本文算法对互耦系数自由度和扰动误差的稳健性优于MUSIC-like算法，并且具有更高的估计精度．此外，还推导了确定信号模型下收发角和互耦系数的CRB（Cramer—Raobound）．     

一种新的多极化星载SAR工作方式研究

将多极化星载SAR系统与距离向数字波束形成技术相结合,提出了多极化星载SAR"空分+码分"工作方式.在"空分+码分"工作方式下,发射信号时,在一个脉冲重复周期内首先水平极化天线发射子脉冲,为水平极化的正线性调频斜率线性调频信号,延时一定时间后,垂直极化天线发射子脉冲,为垂直极化的负线性调频斜率线性调频信号,实现码分;接收信号时,方位向和距离向多孔径同时接收,利用距离向数字波束形成分离出前后脉冲所对应的各极化回波分量,实现空分.该系统脉冲重复频率等于单极化SAR系统脉冲重复频率,同时距离向使用数字波束形成技术有效降低了距离模糊.文中分析了主要系统参数,包括脉冲重复频率、孔径间发射脉冲延时、模糊度,并与传统单极化SAR进行了比较.仿真结果表明多极化星载SAR采用"空分+码分"工作方式是可行的,并具有较好的特性.     

基于非线性最小二乘估计-坐标变换的斜视InISAR成像

针对雷达在斜视工作下的InISAR成像问题进行研究，从理论上推导了斜视对于InISAR成像的影响。一方面，斜视附加相位与待求参量存在耦合，增加了目标方位向和高度向坐标值求解的难度。另一方面，斜视角的存在引起目标纵向坐标的估计误差和三维像的扭曲。传统InISAR成像算法无法有效解决上述两点问题，基于此本文提出了非线性最小二乘和坐标变换联合估计目标散射点坐标的方法，从而得到反映目标真实尺寸的三维像。仿真实验证明了本文提出方法的有效性。     

基于时频特性的窄带高速自旋目标运动估计及成像算法

针对窄带观测高速自旋目标的逆合成孔径雷达成像,考虑径向运动未精确补偿情况下,利用回波时频特性对自旋目标的运动参数进行高精度估计,并提出了相干单距离Doppler干涉高分辨率二维成像方法.该算法利用相干积分的方法对目标的二维时频谱密度函数进行重构得到目标的二维分布,较原来的算法在分辨率方面有较大改进,在低信噪比条件下同样适用.仿真验证了算法的有效性和参数估计的高精度.     

SIMO线阵列雷达对三维复杂目标电磁散射的仿真与立体重构

提出单输入多输出（SIMO,single input and multiple output）频率步进线阵列下视雷达对一复杂电大三维体目标的电磁散射数值模拟、成像、及其几何特征重构.下视聚束模式的线阵列频率步进雷达SIMO运动合成二维平面孔径,获取包含幅度与相位的散射矩阵;用双向射线解析跟踪方法（BART,bidirectional analytic ray tracing method）,数值模拟计算双站极化散射矩阵.通过距离徙动算法（RMA,range migration algorithm）获得三维分辨图像,实现三维目标几何特征的重构.计算个例给出了粗糙地面上坦克目标模型的散射、成像与重构.同时,又采用FEKO软件的物理光学（PO,physical optics）计算简单体目标散射场及其成像重构作为验证与比较,论证了本理论方法可行与准确高效的良好性能.     

星载合成孔径雷达TOPS模式研究

TOPS(循序扫描地形观测)模式作为一种新的星载合成孔径雷达(SAR)工作模式,通过天线波束指向的改变避免了扫描工作模式SAR图像的扇贝效应.本文给出了一种广义的SAR成像模型,适用于TOPS模式和其他工作模式,以模式因子描述天线的转角率、多普勒中心率、照射时间范围和方位分辨率.分析了TOPS模式带宽扩展和间隔缩放的信号特点及其处理方法,提出了一种以Chirp-z变换算法为基础,引入去转动函数解决输出长度问题的TOPS成像处理流程,最后通过点目标仿真验证了算法的有效性.