基于空间几何模型的星载SAR图像几何定位方法

星载SAR几何定位可以通过求解由三个约束条件组成的方程组来实现,但需要迭代运算.针对这一问题,将多普勒信息约束条件转化为卫星与目标之间的斜视几何关系,结合斜距方程和地球方程两个约束条件,建立了星载SAR空间几何模型.通过该模型实现了星载SAR图像像素的几何定位,并通过仿真数据对该方法进行了验证,同时对定位精度进行了仿真分析.     

成像匹配系统定位结果的TSU数据融合新方法

在采用SAR末制导导引头的成像匹配定位系统中,现有算法利用加权平均对单次匹配的多模板进行融合得到定位数据。该方法忽视了不同位置上匹配定位信息的继承性和相关性,浪费了很多宝贵信息,限制了定位精度和可靠性的提高。为克服该缺陷,本文采用数据融合思想,在不改变导引头成像及景象匹配算法的前提下,通过挖掘多次定位结果中的关联信息,提出一种时空交错（temporal-spatial-united,TSU）的数据融合算法,利用一次匹配中多模板进行空间融合,及不同时刻定位结果进行时间融合,并通过仿真验证了算法性能,结果表明,本文算法可提高末制导导引头定位精度。     

星载合成孔径雷达图像定位模型与仿真

在研究距离-多普勒信息定位方法的基础上,利用所建立的星载SAR图像Range-Doppler定位仿真模型,对星载合成孔径雷达成像的全过程及定位计算进行模拟仿真。验证了R-D模型定位方法的有效性,并对定位精度、各种因素对定位误差的影响进行了仿真分析,仿真结果与理论分析结论一致。     

基于合作目标的外辐射源雷达发射站直接定位

外辐射源雷达利用已知位置信息的第三方发射站发射的信号作为照射源,对运动目标进行探测定位。但在实际应用中,发射站精确位置信息往往难以预先获取,给外辐射源雷达在未知环境中的快速应用带来困难。为了解决该问题,将已知轨迹的无人机作为合作目标。利用实时获取的无人机位置信息,建立了发射站位置未知时的目标直接定位模型。并进一步构建了基于目标位置的代价函数,从而实现对发射站位置的精确估计。该方法不仅可以克服常用两步定位算法中存在信息损失的不足,可达到更高的定位精度,而且利用了外辐射源雷达直达波信号,较传统直接定位方法性能更优。最后,通过仿真验证了该算法的有效性。     

红外传感器阵列基于信息冗余性的目标定位

针对红外传感器阵列观测数据的特点,提出了利用空间信息冗余性提高目标定位精度的方法。该方法利用观测视线在水平面和垂直面上形成的交叉点确定目标位置,通过对目标位置的融合提高定位精度。推导了目标位置、定位误差及定位精度的解析式,并从理论上证明所给的加权因子可使目标定位误差在统计意义上达到最小。仿真实验验证了该方法的正确性。     

一维干涉仪体制运动单平台定位算法和仿真分析

先前的相位差变化率定位方法中不仅需要相位差变化率参数,还需要获取方位和俯仰信息,而这通常需要利用二维相位干涉仪来实现,在一定程度上增加了平台的载荷负担.针对航空平台ESM设备普遍采用一维相位干涉仪的实际情况,提出了一维干涉仪体制下的运动单平台无源定位算法,该算法通过采用圆锥向角代替方位和俯仰角并与相位差变化率及目标高程先验组合即可实现对目标的瞬时定位,利用Monte-Carlo仿真实验计算和分析了算法的定位误差,得到了干涉仪安装方式和平台姿态模式的优化原则,分析了目标先验高程误差对定位精度的影响.针对测量精度较低的情况,引入中心差分滤波算法对累积测量进行处理以提高定位跟踪精度.研究表明,这些有益结论可以为系统的设计和工程应用提供理论指导.     

基于相位差变化率测量的单站定位方法

利用观测平台相对目标辐射源的运动信息,在测角基础上增加相位差变化率信息可实现对目标被动定位,但该定位方法通过相位差法测角,需要增加设备以解相位模糊.针对上述不足,提出一种三角基线只测相位差变化率的定位方法,该方法通过测量两组相位差变化率解得方位角,避免了解模糊运算.给出了测角误差、定位误差表述式,通过仿真分析了相位差变化率对测角精度、定位精度的影响.     

无线传感器网络中一种分布式声源定位方法

无线传感器网络中声源的集中式定位方法具有较高的定位精度,但是网络能耗过大,不适合实际应用,因此,提出了一种基于能量的分布式EM定位方法.该方法以声音能量衰减模型为基础,以EM算法为核心,对节点获取的声音能量信息进行分布式计算,估计得出声源的位置和能量.仿真实验表明,该方法在保证定位精度的情况下,能够有效地减小能量消耗,是一种具有应用价值的定位方法.     

弹载平台聚束SAR成像脉冲重复频率设计

针对弹载平台高速、非水平非匀速直线运动和对目标区域大斜视角观测的特点,对影响脉冲重复频率（pulse repetition frequency,PRF）设计的模糊性限制、发射脉冲的遮掩、天底回波干扰等主要因素进行了详细分析,推导了平台非理想运动和视角状态下最大瞬时多普勒带宽和天底回波可忽略的速度俯仰角范围的简单表达式。提出了一种基于穷举法的聚束合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）成像导引头PRF设计方法,该方法在同时满足距离和方位上不模糊的情况下,发射最少个数的PRF实现对雷达波束覆盖区域无距离遮挡观测。通过仿真产生的聚束SAR成像导引头弹道,验证了分析的正确性和设计方法的有效性。     

传感器误差情况下的线性校正TOA定位算法

传统定位方法一般是在假设传感器位置信息准确已知的前提下进行的。然而在实际情形中,传感器位置信息往往含有随机误差,这些误差会严重影响目标的定位精度。针对这一问题,提出了一种存在传感器误差情况下的线性校正TOA定位算法。首先将非线性TOA定位方程组转化为一组关于目标位置的伪线性方程,利用加权最小二乘估计进行初始求解;然后在此基础上把伪线性方程组转化为关于估计偏差的求解问题,进而对初始解进行线性校正。在测量误差充分小的情况下分析了该算法的有效性。仿真结果表明该算法具有较好的定位性能。     

基于景象匹配的航摄影像二维定位方法

针对目前无人机基于景象匹配对目标定位精度低与速度慢,以及依赖任务设备的问题,提出了一种基于景象匹配的航摄影像二维定位方法。首先进行任务规划,来获取某固定区域的航摄影像。然后基于特征匹配算法来完成景象匹配。最后提出坐标解算及底图生成方法,来实现航摄影像二维定位。实验结果表明该方法提高了定位精度与速度,减小了对任务设备的依赖。因此,所提方法是一种有效的基于景象匹配的目标定位方法。     

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。     

地形起伏地区雷达导航图几何校正方法

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)应用于导航系统可以提高导航精度,然而地形起伏地区SAR图像固有的几何畸变使得导航误差增大。鉴于在地形起伏地区难以获得高精度的地面控制点,提出了一种适合于地形起伏地区SAR导航图的三步几何校正法。首先,利用数字高程模型（digital elevation model, DEM）在斜距平面内校正地形引起的距离位置误差。然后,在地距平面内校正斜地比例误差。最后,根据航向角将实时图由载体坐标系变换到导航坐标系。对算法进行了详细的描述,并分析了算法的复杂度和精度,最后根据实测DEM数据做了仿真实验,验证了算法的有效性和精确性。     

基于卷积神经网络与注意力机制的SAR图像飞机检测

在合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像应用领域, 对SAR图像中飞机目标的检测备受关注。针对现有检测算法模型运算复杂度高、检测性能较低的问题, 提出一种基于深度可分离卷积神经网络与注意力机制的SAR图像飞机检测算法。首先使用深度可分离卷积神经网络提取图像特征, 同时在网络中引入逆残差块, 以有效防止通道数压缩引起的特征信息丢失问题; 其次在网络中引入多尺度空洞卷积—空间注意力模块和全局上下文通道注意力模块, 通过重新分配显著区域和各特征图更有代表性的权值, 以更好地捕捉空间有效信息和通道间语义相关性, 提高模型特征表达能力; 最后在SAR飞机数据集(SAR aircraft dataset, SAD)上进行对比实验验证。实验结果表明, 所提算法具有更好的检测效果, 平均准确率达到86.3%, 检测速度达到22.4 fps/s。     

基于多相滤波的高精度延时设计及实现

雷达测距测速应用中的精确性取决于时间上的高分辨率, 而传统基于有限长单位冲激响应(finite impulse response, FIR)滤波的高精度延时设计所需的滤波阶数过高, 滤波处理较慢且复杂。为了加快滤波速度和节省硬件资源, 将数字内插与多相滤波技术结合, 提出了一种基于多相滤波的高精度延时设计方案。根据延时精度对FIR滤波系数向量重新排序, 依据延时量大小选择多相子滤波器对采样序列进行滤波处理, 实现小于整数倍采样间隔的高精度延时, 具有滤波速度快、节省硬件资源的特点。仿真分析延时信号的相位, 表明了所提多相滤波方案可实现高精度延时。借助现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)平台, 时钟频率为245.76 MHz时, 实测的延时精度可低至0.509 ns。     

基于迭代阈值分割的星载SAR洪水区域快速提取

基于星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)的洪水区域提取可对洪灾信息进行高效提取。然而, 传统提取方法往往时间复杂度较高, 严重影响了洪灾区域获取的时效性。基于改进迭代阈值分割原理, 本文提出了一种星载SAR图像洪水区域快速提取方法。首先, 对预处理后的SAR图像进行高斯拟合再抽样, 抑制SAR图像直方图异常点的影响。其次, 利用迭代阈值算法进行水体提取, 并基于形态学滤波对噪声进行抑制。最后, 对已识别的水体区域开展变化检测, 实现洪灾区域的提取。基于2020年7月鄱阳湖流域特大洪灾前后的哨兵-1 SAR图像, 本文开展了洪水区域提取对比试验。试验结果表明, 该方法可在保证洪水区域提取精度的同时, 显著提升处理效率。     

基于GPU的SAR回波仿真高效实现方法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)分布式场景回波仿真计算量巨大的问题,提出了一种结合改进的同心圆算法与图形处理器(graphics processing unit, GPU)技术的高效SAR回波仿真方法。首先,针对常规同心圆算法精度较低造成的图像信噪比低的问题,提出了一种改进的同心圆算法。其次,为了充分发挥GPU处理核之间的并行优势,对该算法的GPU并行处理进行了深度优化,进一步提升了仿真速度。具体方法是,根据并行度的高低设计核函数,确定了先采用“线程外推”实现部分目标回波的同心圆累加,再用“归约相加”实现所有目标回波的累加。最后,与常规GPU方法进行了实验对比,验证了所提方法的精确性和高效性。     

基于广义最优成像空间的双基地SAR成像算法

传统的基于最优成像空间的双基地合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像算法是一种性能卓越的SAR成像算法,其具有散射点在成像空间定位准确,算法复杂度低以及聚焦性能高等优点。然而,随着观测场景的扩大,该算法会出现散射点在成像空间定位不准确以及聚焦性能下降的缺点。为了克服这些缺点,在SAR成像领域首次提出了距离历史向量匹配比的概念,基于该概念,又进一步提出了一种新的基于广义最优成像空间的双基地SAR成像算法。所提出的算法不再受限于观测场景的大小,可以对大观测场景(宽测绘带)进行高质量的成像。实验结果表明,所提出的算法是有效的和可行的。     

基于瞬时测频的PCM/FM信号解调方法研究

根据瞬时测频理论，提出了一种新的PCM／FM遥测信号解调方法。首先通过瞬时测频方法，估计信号中的多普勒频移，不但修正了信号中存在的多普勒频偏，而且提高了码同步的精度。然后根据PCM／FM信号相邻码同步点间的对应关系，实现了信号的解调。详细介绍了此种解调方法的基本原理及实现过程，分析了影响瞬时测频精度的因素以及多普勒频率对解调性能的影响，提出了提高瞬时测频精度和解调性能的方法。计算机仿真结果表明，该方法解调性能优越，抗干扰能力强，便于软件编程及DSP器件实现，具有一定的应用价值。