混合MIMO-相控阵雷达目标高分辨成像

为了兼顾相控阵雷达成像和多输入多输出雷达成像的优势，提出一种基于混合MIMO-相控阵技术的多目标高分辨成像方法。将传统MIMO雷达中的每个单阵元发射天线都用一个工作在混合MIMO-相控阵模式的发射阵列（TA）来代替，每个TA根据目标数量和目标方向划分为多个子阵（SA），每个SA内部阵元工作于相控阵模式并形成指向某个方向目标的发射波束，而各个SA之间发射彼此正交的波形，从而工作在MIMO模式。对各SA的回波信号进行波束形成处理以获得更高的信噪比和信干比增益。在此基础上，结合字典优化、正交匹配追踪和参数化稀疏表征方法，分别提出单次快拍高分辨成像和多次快拍高分辨成像方法。仿真结果表明:所提方法能够获得更好的成像性能和成像实时性。     

稀疏步进频合成孔径雷达成像算法

提出了一种适用于稀疏步进频信号的成像算法,以较少的时间和频谱资源完成了雷达目标成像。该算法将稀疏步进频回波数据等效为均匀步进频回波数据的观测值,利用压缩感知重构算法实现目标区域的距离向重构,然后经过距离徙动校正与方位向脉压完成对目标场景成像。仿真结果表明:该算法在发射频点高度稀疏条件下仍能实现高分辨成像。采用地基雷达实测数据验证了算法的有效性。     

基于2D-SOONE算法的MIMO稀疏面阵二维成像

为了解决采用传统的1D-CS算法进行分维处理时丢失耦合信息导致越单元徙动、影响成像质量且运算时间长的问题,研究了接收阵元整行整列稀疏的MIMO面阵结构特性,分析了该稀疏面阵所接收回波信号的二维联合稀疏特性,采用2D-SOONE算法对回波信号进行二维联合重构,算法采用序列一阶负指数取代传统SL0算法的高斯函数,拓至二维并利用梯度投影求解,具有二维联合重构性能的同时提高重构精度。通过实验,仿真了该算法在不同阵列稀疏度、不同信噪比下用于MIMO稀疏面阵的成像效果。仿真结果表明,2D-SOONE抑制了传统的1D-CS算法的越单元徙动问题,减少了运算时间,且成像质量较2D-SL0更优。     

基于多任务贝叶斯压缩感知的探地雷达成像算法

针对步进频率连续波探地雷达(SFCW-GPR)目标成像空间的联合稀疏性,在基于稀疏贝叶斯压缩感知(BCS)成像的基础上,提出了多任务贝叶斯压缩感知(MT-BCS)算法;针对不同的任务,采用一种通用的先验层次贝叶斯模型,该算法能在有限观测数据条件下,通过利用每组观测数据之间的相关性,使得从较少的随机样本中恢复原始信号;该算法对每组任务的重构都是独立的,在充分利用观测数据的相关性的同时,又可以保留各自数据的特性,实现各组观测数据之间信息共享;仿真结果表明,MT-BCS的重构性能良好,在相同条件下MT-BCS算法的重构效果优于BCS算法所得到的重构效果。     

双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计

针对MIMO雷达收发阵元间存在互耦会严重影响目标定位算法性能的情况,提出一种双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计的算法.利用均匀线阵互耦矩阵的特点和MIMO雷达的特性获得满足ESPRIT算法的信号子空间,在不需要任何互耦矩阵信息情况下采用ESPRIT算法实现了目标角度估计,且估计出的角度参数自动配对.根据所估计的目标方位角度,利用信号子空间和联合导向矩阵之间的关系,将MIMO雷达的互耦参数估计转化为线性约束二次最小化问题,估计出互耦系数矩阵,实现了MIMO雷达的自校正.该方法的优点是避免了多维空间谱搜索带来的庞大计算量和迭代中的全局收敛性问题,同时得到了收、发阵列互耦参数估计的闭式解.仿真结果表明算法估计性能接近于互耦已知时二维MUSIC算法.     

基于块稀疏的频率分集阵MIMO二维参数估计

针对导向矢量时变导致频率分集阵列-多输入多输出(MIMO)雷达参数估计误差增大的问题,提出一种基于块稀疏的距离和角度参数联合估计方法.首先,就导向矢量时变性对参数估计性能的影响进行了理论分析;然后,通过公式推导证明了块稀疏理论在频率分集阵MIMO雷达参数联合估计中的适用性,并提出了基于块稀疏的参数联合估计方法,给出了参数估计的具体流程;最后,通过仿真对参数估计性能进行了分析.理论分析及仿真结果表明:基于块稀疏的参数联合估计方法可实现单次快拍下多目标距离和角度参数的联合估计,估计能力优于传统谱估计方法;在单目标和单快拍条件下,所提算法精度与二维ESPRIT和二维MUSIC算法相比,基于稀疏字典估计的参数精度优于两算法,而基于系数向量估计的参数精度介于两算法之间.     

图像分块的贝叶斯压缩感知算法研究

为增加信号重构的可信度和减少重构过程的人为干预,采用贝叶斯压缩感知的方法,将待重构信号赋予先验分布,不仅重构出信号参数,并能同时获得信号参数的置信区间,以此实时调整重构模型使信号恢复达到最佳。基于拉普拉斯分级先验模型的贝叶斯压缩感知算法,对图像进行合理分块,用不同比率对分块图像压缩,并在重构过程进行分级处理,进一步减少运算时间,最终使用相关向量机(RVM)实现了稀疏信号的最大后验概率估计。实验结果表明,通过和传统算法相比较,上述算法使得重构图像质量得到明显提高,并且相比于全局贝叶斯压缩感知算法具有更好的实时性。     

基于T-SBL的多跳频信号参数估计

针对多跳频信号参数估计问题,利用跳频信号频率在时频域上的稀疏性,在块稀疏贝叶斯学习(b SBL)的基础上,提出了一种T-SBL稀疏学习算法,通过重构后信号的时频图完成跳频信号的跳周期、中心时刻、跳时刻等参数的估计.首先将接收信号进行重叠分割得到观测矩阵;然后根据跳频信号时频域的稀疏性建立信号的多测量(MMV)稀疏模型,在块稀疏贝叶斯学习算法的基础上将多测量模型转化为单测量(SMV)模型;最后通过重构后信号的清晰时频图进行参数的快速估计.为了进一步提高低信噪比下的估计性能,采用形态学滤波的方法对获得的时频图进行修正.理论分析和仿真实验表明了该算法的有效性和良好的估计性能.     

双基地MIMO雷达多参数联合估计及目标三维定位

多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)雷达具有波形分集、空间分集和极化分集等优势,在抗目标"闪烁"、反干扰、提高分辨力方面有很大的潜力.提出了一种双基地MIMO雷达多参数联合估计及目标三维定位方法.对接收信号的协方差矩阵作特征值分解,提取大特征值对应的特征矢量,构建选择矩阵,基于ESPRIT算法估计出目标的波达角.在求解均匀圆阵时,为将导向矢量中耦合的俯仰角和方位角分开,采用模式激励法解耦合,再分别利用UCA-MUSIC和UCA-ESPRIT算法估计目标俯仰角和波达角.基于MIMO雷达空间结构,利用估计到目标的俯仰角、发射角和波达角,计算得到目标的三维空间坐标信息.该算法可实现角度间的自动配对,可以有效识别同一距离单元内的多个目标.仿真实验表明,提出的估计方法估计精度高,处理速度快.     

利用不规则曲线测量数据实现雷达目标三维成像

由于平台任务要求或环境影响,雷达数据采样路径可能是不规则曲线。利用通常舍弃的不规则曲线测量数据实现雷达目标三维成像,而且在稀疏测量情形下的成像分辨率甚至超过密集采样时传统成像算法的分辨率。不规则曲线测量数据的空间采样具有稀疏性和非均匀性,不能用传统成像算法得到高分辨率图像。基于压缩感知的雷达目标成像,突破了传统分辨率的瑞利准则限制,且可应用于非均匀采样数据。目标高频散射的稀疏性为压缩感知在雷达成像中的应用奠定了基础。更重要地研究证明,不规则曲线测量矩阵具有良好的互不相干性,因此基于压缩感知的三维成像能够满足重构精度和稳定性要求。考虑到三维成像中测量矩阵的高维性,用分段正交匹配追踪算法实现目标信号的稀疏重构。实验结果表明,算法不仅能够精确实现超分辨三维成像,而且成像算法具有很好的鲁棒性。     

基于脉冲交错的ISAR成像雷达资源自适应调度算法

针对多功能相控阵雷达成像任务的调度问题,提出了一种基于脉冲交错的成像雷达资源调度算法。该方法首先根据目标特征认知结果计算稀疏孔径ISAR成像所需的雷达资源,在此基础上,建立合理的脉冲交错驻留的资源调度模型,在时间与能量资源双重约束下对雷达资源进行合理分配,优化脉冲交错实现方法,并提出了平均交错度(AID)作为衡量雷达成像任务资源调度的性能指标,最后采用基于压缩感知的稀疏孔径ISAR成像方法对不同目标分别成像,在满足目标期望成像分辨率的前提下,显著提高雷达资源利用率。仿真实验验证了该算法的可行性。     

OFD-LFM信号体制MIMO雷达运动目标HRRP合成方法

针对OFD-LFM信号体制MIMO雷达运动目标的高分辨距离像(HRRP)合成问题展开了相关的研究工作,首先给出了OFD-LFM信号体制MIMO高分辨雷达成像的几何关系图,在此基础上,通过严格的理论推导和详细的原理论述,提出了基于相位补偿的OFD-LFM信号体制MIMO雷达运动目标的HRRP合成方法,该方法利用了OFD-LFM信号中各子载波信号之间的正交性,可有效地合成出运动目标的HRRP。此外,还进一步分析了HRRP不发生卷绕的条件。仿真结果证明了本文方法的有效性。     

基于U-Net的涡旋电磁波雷达成像方法

基于轨道角动量模态变量与目标方位角变量的近似对偶关系,涡旋电磁波雷达可以实现对静止目标的二维高分辨成像,然而目标回波中的贝塞尔函数项会严重影响方位角向聚焦性能。现有基于逆投影算法的贝塞尔函数补偿方法计算量很大,难以实际应用。针对上述问题,提出一种利用U-Net卷积神经网络抑制贝塞尔函数影响、实现涡旋电磁波雷达高分辨成像的方法。首先,根据雷达目标散射分布的稀疏特性对U-Net网络进行改进,然后对目标回波信号进行二维快速傅里叶变换预处理得到目标散焦图像,将其作为改进U-Net网络的输入,并将目标理想电磁散射模型作为网络输出对网络进行监督训练。最后,基于未知目标回波信号,将预处理后的目标散焦图像输入到训练完备的网络模型中,即可得到聚焦良好的高分辨成像结果。仿真实验证明,该成像方法能够有效提高目标成像聚焦性能,且该网络模型在噪声存在的情况下仍具有较好的泛化能力。     

面向多目标ISAR成像的MIMO雷达波形优化

现有MIMO雷达波形优化设计大都是根据跟踪、检测等雷达任务的需要而设计的窄带发射信号,没有考虑成像任务的要求。提出一种面向多目标ISAR成像任务的MIMO雷达波形优化设计方法,将雷达获取的关于目标的位置、雷达散射截面积(RCS)、速度等先验信息以及成像对雷达发射波形的带宽限制作为波形优化的重要约束条件,建立了面向多目标成像任务的波形优化模型,并通过共轭梯度算法进行求解。所设计波形可同时实现对不同方向的目标的成像。     

含旋转部件目标稀疏孔径ISAR成像方法

针对稀疏孔径条件下含旋转部件目标(ISAR)成像质量较差的问题，提出了一种基于子孔径Chirplet变换和压缩感知(CS)的含旋转部件目标稀疏孔径ISAR成像方法：首先，建立了含旋转部件目标的稀疏ISAR成像模型，推导了宽带雷达条件下含旋转部件目标的微多普勒效应，并分析了孔径的稀疏与微多普勒效应共存时对成像的影响；其次将回波信号投影到Chirplet变换基，利用目标主体回波信号和微动部件回波信号在Chirplet变换投影参数上的差异，有效剔除有效子孔径中的微多普勒调制信号;最后，采用基于正交匹配追踪(OMP)算法的CS方法对有效子孔径进行恢复成像，获得了含旋转部件目标的高质量成像结果。仿真实验表明，该方法可以有效消除微多普勒效应和孔径稀疏的干扰，并实现高质量的ISAR成像。     

基于孔径分割的相控阵雷达认知成像调度算法

在相控阵雷达资源调度研究领域,关于时间资源的分配已较为成熟,然而对于孔径资源的分配方面尚有待深入研究。针对相控阵雷达成像任务的调度问题,提出了一种基于孔径分割的多目标认知成像调度算法。首先对目标的回波特征进行认知,计算出目标成像所需占用的时间资源、孔径资源及综合威胁度;然后根据反馈信息,对多个成像任务进行合理调度;最后利用基于压缩感知的稀疏孔径ISAR成像方法对各个目标进行成像,实现多个任务在孔径上并行,在时间上交替执行。仿真实验表明,在保证成像质量的前提下,基于孔径分割的自适应调度算法能够提高成像任务的调度成功率与雷达系统的资源利用率。     

一种随机稀布MIMO雷达的旁瓣抑制方法

随机稀布MIMO雷达由于空间阵元的缺失,对回波信号的空间采样严重不足,其合成的发射-接收波束中存在大量高电平旁瓣,影响目标峰值的检测以及掩盖微弱目标。利用随机稀布MIMO雷达所合成的发射-接收波束图中最大幅度所对应的方位角,重构当该方位角上存在目标时的波束旁瓣值;然后在原始归一化发射-接收波束图中对消该重构旁瓣值。如果存在真实目标,可形成低峰值旁瓣的发射-接收波束方向图;反之,最终波束图的峰值主旁瓣比与原始波束图相差不大,表明无目标存在。在发射和接收阵元数较少以及发射信号总带宽较低时能有效抑制随机稀布MIMO雷达的波束旁瓣,仿真结果验证了方法的有效性。