宽带线性调频雷达信号多普勒效应分析与处理

宽带线性调频信号是地基宽带成像雷达的一种常用波形。先推导了目标运动时宽带线性调频信号Stretch处理的雷达回波数学模型,利用宽带模糊函数(WBAF)分析了目标运动对该信号的影响,得出了该信号形式的多普勒容限,同时也分析了目标加速度对目标距离像的影响,并提出了该信号的多普勒处理补偿的方法与不需要加速度补偿的条件。模拟实验表明,宽带线性调频信号的多普勒效应分析与补偿处理方法是有效的     

超高分辨率机载聚束FMCW SAR成像方法研究

运动补偿问题是制约机载调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)实现超高分辨率成像的瓶颈.在考虑了载机存在非理想运动的情况下,讨论了信号持续时间内载机运动的补偿问题;深入分析了超高分辨率聚束SAR成像运动误差的空变特性;进而提出了适用于超高分辨率机载FMCW SAR成像的逆投影成像算法以及包括运动补偿环节的成像处理方案,并与基于波数域算法的方案进行了比较.理论推导和仿真实验,验证了方案的可行性和正确性.     

宽带线性调频信号Stretch处理误差获取与补偿

宽带线性调频信号是宽带高分辨率雷达的一种信号形式,在实际应用中可采用Stretch处理来降低A/D采样速率的要求。先推导了系统有误差时线性调频信号Stretch处理的雷达接收回波数学模型,提出误差估计的方法,并针对Stretch处理的时变特性提出了线性调频信号Stretch处理的误差补偿方法。仿真实验表明该方法对宽带线性调频信号误差的估计与补偿是有效的。     

基于参数估计的步进频ISAR成像运动补偿方法

分析了基于步进频雷达运动目标的回波信号模型,讨论了目标运动对ISAR成像的影响,针对当目标有速度或加速度时会造成高分辨距离像移位和畸变,并使二维像散焦的情况,提出了一种基于高斯包络线性调频信号自适应分解、高分辨距离像互相关法及多普勒横向像最小熵法的运动补偿算法。该算法利用高斯包络线性调频信号自适应分解得到回波多普勒调频率和目标运动的加速度,通过距离像移动对目标运动速度进行初估计,并用高分辨距离像互相关法及多普勒横向像最小熵准则提高目标速度及加速度的估计精度,然后进行运动补偿。该算法计算量小,估计精度高,仿真结果验证了它补偿效果好,能获得清晰的ISAR像。     

高分辨SAR的距离-多普勒-距离成像方法

介绍了一种新的雷达成像方法———距离 多普勒 距离成像方法。这种方法的方位向线性调频相的补偿和聚焦成像处理与雷达发射的信号形式无关 ,仅距离向成像与雷达发射的信号形式有关。方位向成像在距离向傅里叶变换之后、匹配处理之前进行 ,它可有效地消除信号中随时间变化项所造成的距离徙动的影响 ,且算法结构简单 ,运算量少。对成像方法进行了理论分析 ,并做了计算机仿真 ,最后用实际数据进行了成像 ,得到了清晰的SAR图像     

基于波形评价准则和遗传算法的ISAR谱拼接方法

阐述了基于距离多普勒算法的线性调频信号体制逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像原理和间断信号相位补偿原理,在此基础上,针对ISAR谱图特性提出了一种利用波形评价准则和遗传算法进行相位近似补偿的谱图拼接处理方法,并进一步利用拼接后的谱图实现最终的ISAR成像。仿真实验结果表明,该谱图拼接方法简单易行,且可以明显改善ISAR成像效果,具有一定的实用性。     

基于改进NCS算法的弹载FMCW SAR大斜视成像方法

调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)具有体积小、重量轻、成本低、功耗低等优点,在精确制导领域具有较大的应用潜力。推导分析了弹载FMCW SAR大斜视回波信号波数域表达式,在成像预处理中,通过引入全时间距离走动校正函数,有效避免了由导弹高速运动及大斜视角观测引起的二次相位误差的产生;在方位向处理中,给出了一种改进的非线性调频变标算法(nonlinear chirp scaling,NCS),补偿了方位空变相位误差,实现了方位向的高精度成像。最后仿真实验验证了理论分析结果及所提成像方法的有效性。     

宽带雷达通信一体化波形设计与雷达成像方法研究

雷达与通信系统一体化可以实现电子资源的共享。提出并设计了一种宽带雷达通信一体化波形--随机调制线性调频步进信号,在实现雷达成像的同时实现数据通信。该信号充分利用现有的随机步进线性调频信号波形设计上的高度灵活性特点,以其子脉冲的载波频率调制通信数据,以子脉冲调频斜率的方向表示地址信息,实现了点到多点通信;分析计算了一体化信号下的信道容量、多址信号的正交性和接收机错误概率等通信性能指标;提出了随机化预处理方法来解决一体化信号在雷达成像中的问题,利用统计相关法实现宽带雷达的一维距离成像,提出并推导了部分参数对成像效果的影响。最后,从通信和雷达成像两方面仿真验证了该一体化信号的可用性和有效性。     

一种雷达穿墙成像算法

构建了电磁波穿透绝缘介质墙的数学模型,解决了电磁波穿透墙壁过程中折射路径的问题,补偿了电磁波在墙体中传播产生的额外时间延迟,推导了步进频率信号穿墙后向投影算法,给出了算法实现流程。运用算法具体流程对介质墙存在时的非聚焦及聚焦成像结果进行了仿真。分析了墙壁厚度及介电常数变化时对成像结果的影响,验证了算法的有效性。     

一种调频连续波SAR的非线性距离多普勒算法

频率非线性是制约调频连续波雷达距离分辨率的一个关键因素。针对系统非线性误差对调频连续波(frequency modulated continuous wave, FMCW)合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）成像处理的影响以及雷达系统实时成像处理的需求,对存在频率非线性误差的调频连续波SAR回波信号进行了建模,分析了调频连续波去斜接收模式下的回波特性,深入研究了系统非线性误差校正的问题,提出了一种改进的调频连续波SAR的非线性距离〖CD*2〗多普勒成像处理算法。该算法通过非线性误差滤波器校正距离向非线性误差,具有计算量小,处理精度高的特点,适合实时成像处理。最后,通过理论推导和仿真分析,验证了算法的可行性和正确性。     

基于加权高阶累积量切片的非线性调频信号增强算法

为了综合考虑高阶累积量各种切片抑制高斯噪声的性能,定义了加权高阶累积量切片,并给出了加权高阶累积量切片符号联合迭代公式,得到了基于加权高阶累积量切片的自适应谱线增强新算法。对该算法增强水下目标辐射的非线性调频信号的效果进行了仿真研究。仿真结果表明:该算法能抑制大约18dB～28dB的高斯色噪声;调整高阶累积量切片的加权系数,可获得抑制高斯色噪声的最佳效果。在工程实践中,具有重要的指导意义和实用价值。     

带宽有限多址通信系统中的干扰抑制研究

研究了一种新的带宽有限多址系统中的非平稳宽带干扰抑制技术,与直接序列扩频(DSSS)系统相比,频谱不会扩展、带宽效率高、保密性强。对非平稳宽带干扰,以线性调频(LFM)为干扰模型,提出了基于时频分布特性消除干扰的方法。仿真证明,在没有编码,干信比(ISR)为20 dB时,该系统性能仅约损失1 dB,在保证带宽效率的同时,很好地消除了系统的人为干扰。     

Scale transform algorithm used in FMCW SAR data processing

The frequency-modulated continuous-wave (FMCW) synthetic aperture radar (SAR) is a light-weight, cost-effective, high-resolution imaging radar, which is suitable for a small flight platform. The signal model is derived for FMCW SAR used in unmanned aerial vehicles (UAV) reconnaissance and remote sensing. An appropriate algorithm is proposed. The algorithm performs the range cell migration correction (RCMC) for continuous non-chirped raw data using the energy invariance of the scaling of a signal in the scale domain. The azimuth processing is based on step transform without geometric resampling operation. The complete derivation of the algorithm is presented. The algorithm performance is shown by simulation results.     

基于数据相关的多雷达融合成像相干配准研究

针对多频带雷达融合成像中不同雷达信号间的相干配准问题,提出了一种新的基于雷达测量数据相关的相干配准方法。该方法在相干配准时不需对各雷达数据分别建模,相对于现有文献中采用的基于信号模型的相干配准法,降低算法复杂度的同时消除了建模误差,提高了相位参数估计的精度。对相干配准后的各雷达数据,通过超分辨和最优迭代方法建立全局信号模型,并对空白频带进行数据预测,得到整个频域范围的目标频率响应。仿真结果表明,该方法相干配准时相位参数的估计性能和最终的融合成像性能均优于现有的模型相关方法,且具有良好的抗噪性能。     

ISAR越距离单元走动校正的近似极坐标算法

在ISAR系统中,通常假设不发生越距离单元走动,并应用距离多普勒(RD)算法获得目标的ISAR像。但是当雷达具有较高的分辨率,目标的尺寸较大,或目标在成像相关时间内转过了较大的角度时,散射点的越距离单元走动难以避免。为校正越距离单元走动,提出了一种近似极坐标算法。该算法将相关时间内的雷达回波数据近似为波数域梯形区域上一系列的采样点,并插值得到波数域矩形区域上的采样点,最后通过傅里叶变换得到目标的ISAR像。在目标均匀转动的假设下,该极坐标算法通过近似,不再要求已知目标的转角信息,并且能够较好地校正散射点的越距离单元走动。最后的仿真结果证实了算法的有效性。     

基于WHT的多分量LFM参数估计与分离

强度相当的多分量LFM信号在Wigner-hough(WHT)平面上呈现出多个尖峰值,各尖峰值对应各分量在时频平面上频率轴上的初始频率和调频斜率。提出了一种基于WHT的多分量LFM信号的参数估计与信号分离算法。该算法结合解线调和窄带滤波器分离和估计各分量的参数的算法,可以一次提取多个尖峰值。仿真结果证明,此方法可有效地对多分量IJM信号进行精确的参数估计与分离且不出现虚假信息。     

LFM信号基于自适应预白化处理的GLRT检测器

针对有色混响噪声背景下线性调频(LFM)信号的检测,提出了基于自适应预白化处理的广义似然比检测GLRT(generalized likelihood ratio test)改进算法。改进算法根据前一段的混响噪声数据估计AR模型参数,利用估计参数构成的白化器对当前段混响噪声数据进行滤波,并对滤波后数据进行单变量的GLRT检测。与双变量的GLRT算法相比,改进算法有效降低了运算量。最后通过蒙特卡罗仿真给出了改进算法的检测性能分析。     

基于NCS改进SAR大斜视角RD成像算法

SAR在大斜视时距离向和方位向存在着严重的耦合,为了消除这种耦合,分析了一种基于非线性调频变标NCS的改进RD算法。它充分利用大斜视角回波信号的大距离走动、小距离弯曲的特点,首先在距离向校正距离走动,然后采用非线性调频变标NCS来补偿方位向调频率的空变性,最后通过几何校正完成目标成像。同时仿真模拟场景的原始回波信号并对改进后的算法进行仿真,仿真结果表明,该算法可有效补偿方位向调频率的空变性,具有较高的精度,满足大斜视角下的成像要求。

Abstract：

To eliminate the serious coupling between azimuth and range for SAR in large squint mode,an improved RD imaging algorithm based on nonlinear chirp scaling was proposed,which made full use of the characteristic of SAR echo signal in large squint mode,which featured large range walk and small range curvature.First,range walk was corrected.Second,nonlinear chirp scaling operation was adopted to compensate the azimuth-dependent chirp rate.Finally,geometry correction was used to correct geometric distortion.Meanwhile the raw echo signal of the scene and the improved algorithm was simulated.Simulation results illustrate that it efficiently compensates the azimuth-dependent chirp rate,possesses high precision and satisfies the imaging quality of SAR in large squint mode.     

基于超材料天线的超分辨关联成像的改进

近几年新型的超材料天线相比于传统的相控阵有着多方面的优势，但是由于超材料天线的正常工作必须要有变频信号的辅助，而目前的超分辨成像算法没有补偿由于频率变动产生的误差，导致成像质量严重下降甚至不能成像。此外，回波信号中频率的变动和不同的距离互相耦合，导致不能简单的直接补偿掉误差相位。因此，提出一种基于压缩感知的超分辨关联成像算法的改进方法，将基于压缩感知的超分辨关联成像算法和超材料天线结合在一起，实现了低系统复杂度、低成本、高分辨率的微波关联成像。通过设计仿真实验证实了所提方法的正确性，并且验证了此方法对于二维和三维成像均可以处理。     

基于多特显点的干涉ISAR横向定标技术

针对干涉式逆合成孔径雷达(InISAR)成像时低信噪比和干涉相位缠绕带来的问题,利用ISAR图像强像素点处信噪比较强的这一特性,提出了一种新的基于多特显点的InISAR成像方法.该方法利用ISAR图像中若干特显点的解缠绕后的真实相位差,解得特显点的横距;然后根据特显点的多普勒频率和横距的关系,对整幅ISAR像进行横向定标.仿真结果表明,该方法对噪声有较强的稳健性,其能正确成像时的信噪比水平与传统方法相比有10-15 dB的降低.