浅地层步进变频探地雷达合成孔径算法研究

合成孔径成像是一种常用的改善方位分辨率的方法。连续波步进变频雷达平均发射功率较高而且可以实现较大的相对带宽,所以在探地应用中可以获得较高的分辨率和较深的探测深度。针对浅地层步进变频探地雷达回波信噪比很低的特点,利用时域回波图像所呈现的双曲线,提出了一种曲线适配的合成孔径成像算法。通过对实测数据处理,证明所提算法在步进变频探地雷达中比传统的合成孔径算法能得到更好的方位分辨率,而且明显增强了目标图像的信噪比。     

基于宽带模糊函数的步进频雷达成像特性分析

频率步进雷达回波脉冲序列时宽-带宽积很大,因此当目标沿雷达视线高速运动时,采用Woodward窄带模糊函数不能准确描述高分辨成像的特性。为此,首先分析频率步进雷达运动目标的回波模型,然后推导频率步进信号的宽带模糊函数,最后通过宽带模糊函数的几个特殊切面分析频率步进雷达高速目标成像在时延域与多普勒域的特性,并通过仿真与窄带模糊函数进行对比。     

高速目标的相位编码步进频率信号分析

首先分析用步进频率雷达信号实现高分辨率的优缺点,给出了利用相位调制子脉冲来提高性能的相位编码步进频率信号形式;然后分析了其信号处理过程。与步进频率信号在高速目标下成像失真相比,相位编码步进频率信号的多普勒性能有很明显改善。同时,结合相位编码步进频率信号形式提出在高速目标情况下实现精确速度测量的两步估计方法。     

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。     

基于高重频随机频率步进宽带雷达的频率匹配算法

高重频条件下,随机频率步进(random stepped frequency,RSF)宽带雷达收发不同步导致混频困难。通过对混频过程与成像算法的分析,认为采用错误混频的回波成像时会散焦,而采用正确混频的回波能合成良好距离像。基于相邻良好距离像间有强相关性这一特征,构建了频率匹配搜索算法以获取正确的混频频率位置,并通过仿真分析验证了该方法的有效性。     

通道失真及通道间幅相不一致对三维成像雷达测距测角的影响

幅相失真及通道间幅相不一致会影响多通道三维成像雷达的成像质量。针对毫米波频率步进体制的HRRM三维成像雷达,将不一致性分为高频宽带不一致和中频窄带不一致两大部分,分析了高频部分频率特性失真和通道间不一致性对目标三维(距离、方位角、俯仰角)像的影响,并对高领部分的频率特性按成像的要求提出了设计指标。     

宽带相控阵雷达信号空时自适应仿真分析

常用的宽带雷达信号有线性调频脉冲信号、13位Barker码二相编码信号和频率步进信号等。在分析以上三种信号模糊函数的基础上，基于相控阵雷达空时自适应信号处理系统，针对以上三种不同信号的空时自适应处理进行仿真分析；在自适应处理过程中采用对角加戴SMI算法，使得自适应系统具有稳健性．仿真结果表明频率步进信号在距离高分辨应用场合中更具优势．     

Chirp子脉冲频率步进雷达信号的探讨

本文理论分析了在频率步进雷达信号中采用线性调频信号（ｃｈｉｒｐ）作为子脉冲的可行性,重点讨论了目标运动对该种体制高距离分辨成像的影响,并提出了系统设计时的考虑。     

冲激雷达成像算法综述

由于冲激雷达回波信号中无法提取出多普勒频率信息,传统的基于频域成像的方法不再适用于冲激雷达成像系统。近年来,基于冲激雷达的成像算法研究引起了较多关注,对冲激雷达成像算法进行综述。首先简单介绍了冲激雷达的定义,然后总结归纳了3类基于冲激雷达的成像方法,详细阐述了各种算法的原理,指出了各种成像算法中的优点和不足,最后阐述了有待进一步研究的方向。     

一种高分辨率雷达视频信号模拟器

首先分析了不同距离高分辨宽带雷达信号波形的回波模型。针对其中的调频步进距离高分辨雷达信号这一特殊信号形式,提出了一种基于ADSP2106X的雷达视频信号模拟器。该模拟器能够实时模拟调频步进宽带单脉冲雷达三通道I、Q信号,并具有角支路闭环功能,已成功地应用于某雷达系统的测试和调试中。     

格雷互补码雷达实现地下管线的高信杂比探测

为了解决传统脉冲体制超宽带(ultra wideband, UWB)探地雷达难以同时兼顾分辨率和探测深度的问题,构建了基于高速格雷互补码的探地雷达系统。该系统使用一对高速互补格雷码作为探测信号,通过叠加其相关运算结果,可以完全消除旁瓣,且使其峰值增大为原来的2倍。将此信号应用于地下管线探测,仿真和实验结果显示,基于高速格雷互补码的UWB探地雷达能有效探测地下金属和非金属管线。进一步,将探测结果与基于混沌脉冲位置调制信号的管线探测结果相比,在同等条件下,前者能显著提高系统的信杂比(signal-to-clutter ratio, SCR),进而可在满足高分辨率的前提下显著提高探测深度,从而证明了所提出方法的可行性与优越性。     

基于压缩感知的GPR成像算法

传统的探地雷达(ground penetrating radar, GPR)数据采集需要满足Nyquist采样定理,严重影响了GPR成像效率。基于压缩感知理论,稀疏信号可以在远低于Nyquist采样率的情况下通过求解l₁范数约束下的凸最优化问题得到精确恢复,克服了传统算法中数据采集的局限。将压缩感知理论应用于GPR成像,利用仿真数据系统分析了测量矩阵维度、信噪比、数据损失程度和目标密集度等因素对成像结果的影响。实验结果表明,与传统的GPR成像算法相比,压缩感知成像算法成像精度高,虚警少,对噪声和数据损失有一定的鲁棒性,可以大大节省数据存储空间和采集时间。     

平面多层媒质中目标的二维衍射层析成像算法

探地雷达应用领域中,基于谱域转换处理方法的衍射层析成像算法可以实现对均匀媒质或简单两层媒质中体散射型目标的成像处理,但不适用于两层以上媒质中目标的成像处理。针对这一问题,建立了阵列天线扫描下平面多层媒质中目标体的二维电磁散射模型,通过引入平面多层媒质中格林函数的谱域积分形式,建立了孔径回波信号与目标体函数的谱域对应关系,在此基础上导出了平面多层衍射层析成像算法。通过对多个仿真数据的处理,结果显示该成像算法可有效应用于平面多层媒质中目标的高分辨成像处理。     

Forward scattering bistatic radar imaging method and practice data processing

A new forward scattering bistatic radar motion compensation method based on spectral analysis and minimum waveform entropy is proposed. In order to demonstrate effectiveness of the presented method and ground vehicles imaging function of forward scattering radar, a simple bistatic forward scattering radar experiment system is set up on both sides of a road to collection ground vehicles experimental data. Finally, experimental ground vehicles imaging results confirm validity of the proposed motion compensation method and the experimental imaging results are identical with computer simulation results in the same parameter and condition.     

基于稀疏信号处理的穿透成像增强算法

针对表层穿透雷达应用于无损检测成像时精度与效率难以同时有效满足的问题, 提出一种基于稀疏信号处理的穿透成像增强算法。该方法在基于l₁范数正则化(L1-based regularization, L1R)稀疏成像方法的基础上, 结合交替方向乘子法求解最优化函数, 并根据目标函数通过对偶迭代运算得到稀疏特征增强后的复图像数据。实测结果表明, 所提方法与L1R方法相比, 数据处理速度达8倍, 信杂比改善程度达20.91 dB, 与其他方法的对比实验结果也表明, 该算法能在保持运算速度的条件下实现高质量成像。     

基于天基发射源的SISAR全息信号表示及其成像方法

针对地基双基地前向散射栅栏雷达只能探测低空飞行器且侧影轮廓像不能直接表现目标侧影等问题,提出利用天基发射源组成天基阴影逆合成孔径雷达（shadow inverse synthetic aperture radar, SISAR）,分析了天基SISAR在探测高度、探测效果及成像上的优势。在地基SISAR侧影成像原理的基础上,重新定义了坐标系统,推导了天基SISAR下目标全息信号的公式。分析其成像原理,提出在小衍射角条件下,目标顶部轮廓与目标全息信号之间实际上是经过幅度压缩后的傅里叶变换关系。仿真实验证明了目标顶部轮廓与目标全息信号关系的正确性。     

SAR对地面车辆目标探测能力仿真系统研究

为了更有效评估合成孔径雷达(SAR)系统对地面目标的检测、识别性能,分析、衡量地面目标生存能力,根据SAR对地面目标探测的基本原理,结合计算机仿真技术,设计并开发了机载/星载SAR对地面车辆目标探测能力仿真系统。该系统通过对多种杂波背景下车辆目标原始回波的模拟,实现了多种算法的目标成像、双参数CFAR检测以及目标识别处理,进而实现对场坪/公路上固定或慢速运动车辆目标的检测及识别概率计算,由此进行车辆目标生存能力的评估。给出了仿真系统的总体架构和各模块的功能原理,并用仿真实例进行验证。     

大气折射对高分辨率机载SAR性能的影响分析

对于高分辨率机载合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）系统,在电波传播的对流层中由于大气介质的折射率随高度变化,所产生的相位误差将影响其成像性能。分析了对流层大气折射率的变化,采用Hopfield折射率模型,给出雷达与地面目标之间视在距离的计算方法,对大气折射率变化影响高分辨率机载SAR性能的机理进行分析,利用数值计算的方法,给出X波段和Ku波段SAR在不同分辨率下的最大作用距离,并仿真了大气折射影响SAR图像聚焦的实际效果。     

一种探测低飞目标的PD雷达仿真系统

针对相参体制的脉冲雷达波形, 在综合考虑雷达平台及低飞目标运动规律的基础上,采用半空间物理光学结合图形电磁学,快速准确地计算了半空间低飞复杂目标的雷达散射截面,并按照真实地形的地形高程数据和地形地物特征,生成地杂波模拟数据。最后,采用频域信号处理方法对包含目标和杂波信息的雷达回波信号进行研究,实现对目标探测、测速、测距的功能。给出了仿真系统的总体架构和各模块的功能原理,并用仿真实例进行验证。