压缩感知在宽带雷达信号处理中的应用

高分辨雷达成像系统在当今的军事和民用方面都有着广泛的需求,高分辨率成像需要发射宽带的雷达信号,然而根据奈奎斯特采样定理,信号带宽的增加又使得雷达系统面临高采样率、高传输率、大数据量存储以及信号实时快速处理等问题.压缩感知(CS)理论通过构造非相关测量矩阵,以远低于奈奎斯特采样率的速率获得一组测量值,通过重构算法对信号进行精确的重构.压缩感知理论应用的前提是信号的稀疏性,关键是测量矩阵和稀疏度之间的关系,重要支撑是重构算法.本文对压缩感知原理进行了简要介绍并针对雷达常用的线性调频信号提出一种稀疏基构造方案.同时,利用matlab构造了线性调频信号模型并对压缩感知处理线性调频信号的采样重建过程及应用于二维成像的过程进行了仿真.本文也研究了不同重建算法并进行了各个算法间的效果比较.仿真结果表明,在宽带雷达回波信号的处理过程中,压缩感知能通过降低采样率有效缓解回波数据的存储和传输的压力,这一点在宽带雷达目标检测中应用前景广阔.     

基于脉间中断调频连续波的高空慢速单基机载SAR成像

调频连续波用于高空慢速单基机载SAR成像时,收发隔离和远距离探测都是亟待解决的问题。结合高空慢速运动平台的特点,提出了一种脉间中断调频连续波(Inter-Pulses Interrupted Frequency-Modulated Continuous Wave, IPIFMCW)的信号模型,通过载频不同的门控信号调制多个发射信号,设置较大的脉间中断时间,将子脉冲回波差频信号在快时间域时移合成大带宽信号,实现高空慢速机载SAR成像。通过与脉间中断调频连续波(FMICW)的理论分析比较,说明该方法不仅解决了收发隔离难题,同时满足高空机载SAR远目标成像需求,避免出现距离模糊。最后结合频率变标算法(FSA)实现了基于IPIFMCW信号的高空慢速单基机载SAR成像。     

参数侦测误差对SAR欺骗干扰的影响

分析了线性调频信号中心频率和调频率失配对脉冲压缩的影响,建立引导参数侦测误差对SAR欺骗干扰影响的分析模型,并推导了参数侦测误差与假目标图像成像位置和分辨率关系的解析表达式,由此得出引导参数侦测误差对假目标图像成像位置和分辨率影响程度的定量关系.仿真结果验证了该结论的正确性.     

机载线性调频脉冲压缩雷达杂波模型的研究

与常规脉冲雷达相比,由于叠加效应,线性调频(LFM)脉冲压缩雷达的杂波信号模型有其特殊性.机载雷达与地面雷达相比,由于载机的运动会引起各个杂波单元回波多普勒频率的不同,其杂波模型更为复杂.针对LFM脉冲压缩信号及机载雷达各自的特性,提出了应用在机载雷达上的LFM脉冲压缩信号杂波模型,并对脉压前后杂波的统计特性进行仿真和分析,仿真结果表明新模型的有效性.     

星载聚束式合成孔径雷达线性调频信号的频率Scaling算法

将频率Scaling算法(FSA)引入到聚束式星载合成孔径雷达(SAR)成像应用中，提出了直接对距离向线性调频信号进行频率Scaling操作来完成距离向聚焦的方法，并采用方位压缩的办法来解决方位向脉冲重复频率(PRF)过高的问题．点阵目标实验仿真结果证明了该算法的可行性和有效性．     

基于正弦信号调制的灵巧干扰技术

线性调频雷达在接收信号时采用脉冲压缩处理,使传统的压制式干扰在进入雷达接收机时无法获得脉冲压缩增益,从而造成干扰效果大幅下降。针对这一问题,建立了时域卷积调制的灵巧干扰信号的数学模型,根据这一模型设计了基于非完全正弦函数卷积调制的灵巧干扰信号,来实现对线性调频信号的干扰,对这一干扰信号的干扰效果进行了仿真分析。仿真结果表明:这一干扰信号可以产生假目标群来实现对一定距离单元的遮盖性干扰,并能利用脉冲压缩时旁瓣的非线性叠加覆盖真实目标回波,解决了卷积干扰信号滞后于真实目标回波的缺陷。     

FPGA数字脉冲压缩系统的研究与实现

针对线性调频信号用FPGAIP核进行设计并实现了单通道的数字脉冲压缩系统．阐述了数字下变频、脉冲压缩的原理．介绍了系统的硬件结构、主要设计模块和在FPGA上实现对中频线性调频信号进行脉冲压缩处理的方法．最后给出了MATLAB仿真和FPGA硬件实验测试结果,验证了文中给出的数字脉冲压缩器设计的工程可行性．     

采用高阶累积量的调频步进信号逆合成孔径雷达成像新方法

针对在调频步进信号逆合成孔径雷达(ISAR)成像中回波脉冲综合相参化变弱的问题,提出了一种高阶累积量(HOC)频域带宽合成方法.首先建立回波信号在噪声下的HOC表达式,然后对脉组内子脉冲间的误差相位进行估计,再合成一个大带宽线性调频信号,从而获得高分辨一维距离像,最后在方位多普勒域用距离瞬时多普勒方法获得高分辨ISAR图像.与传统方法相比,HOC方法可较好地用于在低信噪比下调频步进信号频带综合.仿真数据处理结果表明,HOC方法在信噪比低于5dB时,其成像效果明显优于传统方法.     

NLFM脉冲压缩及其FPGA时域实现

介绍非线性调频(NLFM)信号的产生原理和设计匹配滤波器实现脉冲压缩技术的方法.使用MATLAB工具产生NLFM脉冲及雷达回波信号,基于FPGA器件EP2C35F672C8设计分布式FIR结构的匹配滤波器,实现脉冲压缩技术,对采样、量化后的回波信号进行脉冲压缩处理,最后使用Modelsim对脉冲压缩后的回波信号进行波形仿真,检测匹配滤波器的设计效果.整个电路设计采用全流水线并行执行的结构,占用硬件资源:2 468个逻辑单元、2 073个寄存器、25 KB的RAM.利用FPGA芯片丰富的BRAM和LAB代替乘法器IP,打破硬件资源对滤波器长度的限制.     

线性调频脉冲压缩雷达信号参数估计方法

针对低信噪比下,瞬时自相关谱算法对调频率估计精度不够高及基于传统的包络检波方法对线性调频(LFM)脉宽和重复间隔估计不准确的问题,提出了以分数阶傅里叶变换为核心的多参数估计方法.利用分数阶傅里叶变换对LFM信号的聚集特性,精确估计LFM脉冲压缩雷达信号各主要参数,设计LFM脉冲压缩信号发射接收实验以验证本算法.实验结果表明,在较低信噪比条件下,能够实现线性调频脉冲雷达信号主要参数的准确估计.     

基于深度展开的SAR大斜视RD成像算法

大斜视角条件下的合成孔径雷达SAR回波信号具有方位向和距离向严重耦合、大距离徙动等特点,采用常规的距离多普勒RD算法成像,会引起方位向的散焦以及空变等问题。为了改善大斜视SAR在成像过程中存在的问题,提出了一种基于深度展开网络的SAR大斜视可学习距离多普勒成像方法。该方法将RD成像方法与深度学习结合,利用RD成像的步骤构建了基于深度展开网络的RD学习成像网络结构,将回波数据作为网络输入来学习回波数据到大斜视SAR图像的成像过程。首先,在分析大斜视SAR回波信号模型的基础上确定了网络成像过程中的可学习参数;其次,根据成像过程设计大斜视SAR成像网络;最后,通过非监督训练的方法对网络进行训练,最终输出学习成像结果。点目标和面目标仿真结果表明,该方法可以有效抑制旁瓣,提高成像精度和计算效率,满足SAR在大斜视角下的成像要求。     

合成孔径雷达实时成像视频信号的模拟方法

建立了合成孔径雷达回波视频信号模型,提出了一种用AWG520任意波形发生器生成SAR回波视频信号的方法,并用这种方法模拟了SAR实时成像的回波视频信号.把这种视频信号通过A/D采样送入SAR实时处理机,用来考查SAR实时处理器连续动态成像的性能,如实时性图象拼接、多普勒中心估计、载机运动补偿及SAR前斜视成像性能等.     

SAR图像模拟方法研究

分析讨论了一种合成孔径雷达成像模拟方法。阐述了合成孔径雷达图像模拟的基本原理,建立复杂自然场景目标模型的方法以及合成孔径雷达图像的基本特征,并且分析了成像回波信号的组成。最后完成了对自然场景目标的成像仿真实验,实验结果与理论分析相符。     

基于压缩感知的合成孔径雷达二维成像算法

通过对合成孔径雷达回波信号的分析,利用压缩感知理论基于信号稀疏性或可压缩性的基本原理,提出了方位稀疏表示的一种新方法,在此基础上给出了基于压缩感知的SAR回波信号处理方法和二维成像算法,实现了压缩感知对信号的全新采集和编解码,以较少的数据量实现成像,有效地抑制旁瓣,在一定程度上提高了成像中目标的分辨率,为有效降低高分辨合成孔径雷达的数据率提供了一种有效途径。通过对仿真数据和实测数据的处理验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于SAR成像的复杂环境中目标识别

综合小面元剖分的数值方法和小面元内部的微扰近似,提出了数值双尺度粗糙面模型,用于模拟SAR分布目标散射.建立SAR分布目标回波信号模型,用于仿真SAR原始数据的产生,用距离多普勒(RD)算法进行成像.模拟计算了一个复杂地形中人工建筑识别的实例,最后采用灰度分割的识别算法进行识别仿真.     

典型建筑物的合成孔径雷达回波模拟研究

为了更有效地研究合成孔径雷达的成像算法,回波模拟技术的研究变得十分重要,其中回波模拟的计算效率成为关键问题,采用2DFFT方法对粗糙地面上的典型建筑物进行合成孔径雷达( SAR)的回波模拟,获得了地面建筑物的正确SAR回波信号.针对SAR雷达回波模拟中去遮挡部分计算量大,引入了图形电磁学的方法,利用计算机硬件自动去遮挡...     

基于联合调频傅里叶变换的步进频雷达目标运动的补偿

针对频率步进雷达目标成像过程中运动参数精确估计及补偿问题,提出了基于脉间和脉内联合调频傅里叶变换的参数估计方法. 目标回波信号与本振信号混频后看作线性调频信号,将其作调频傅里叶变换,并在脉组间进行相干累积. 通过对调频率的搜索得到目标速度的精确估计,从而实现了低信噪比下目标运动的补偿. 由于该方法在调频傅里叶变换过程中,频率维采用了IFFT操作,运算效率较高. 计算机仿真结果进一步表明了该方法的有效性和实用性.      

沿航向运动误差对SAR回波特性的影响

分析了合成孔径雷达(SAR)平台沿航向运动误差对回波信号时域及频域特性的影响.建立了带有沿航向运动误差的时域回波信号模型,得到了回波时域误差的计算公式;利用级数反转原理,推导了回波频域误差的表达式,为SAR系统分析及成像算法设计提供了理论依据.理论分析和计算机仿真表明,回波频域特征对沿航向运动误差更为敏感.     

基于RaySAR软件的上海外滩建筑群合成孔径雷达图像模拟

利用RaySAR软件对上海市外滩建筑群进行合成孔径雷达(SAR)成像模拟.绘制了不同反弹次数信号对应的反射率图、信号反弹次数分布图.结合目标的几何物理信息,分析了模拟SAR图像中的点、线状特征、不同反弹次数信号和建筑具体结构之间的对应关系.试验表明,雷达信号的反弹次数与建筑物结构细节密切相关.基于真实雷达影像序列,按PSInSAR方法选取的永久散射体点的位置及其分布与SAR模拟图像中的二次、尤其是三次反弹信号的成像吻合度较高,初步实现永久散射体点在建筑物上的精确定位.