SISAR中改进的运动目标全息信号表达式及其有效性分析

在阴影逆合成孔径雷达(SISAR)研究中,利用运动目标全息信号的表达式建立了目标全息信号与系统几何参数、目标轮廓与其运动参数间的关系。它是分析SISAR特性及仿真全息信号的重要依据。从分析目标侧影轮廓与其全息信号关系入手,导出了一组更具普遍意义的全息信号的表达形式。与已提供的表达式相比,该表达式中的各组成部分具有明确的物理含义,并且考虑了运动目标相对雷达转角随时间变化的非线性因素的影响,这一点对分析目标的全息信号很重要。通过对一目标的外场实测获得的全息信号与依据关系式仿真得到的全息信号的比较,指出在全息信号表达式中考虑目标相对雷达转角的非线性变化十分必要;频域的分析与进一步比较验证了所给出的全息信号关系式的有效性。     

一种利用宽带信号对弹道目标成像和跟踪的方法

宽带成像雷达通常采用窄带跟踪、宽带成像的交替工作方式。该方法需要花费两个雷达重复周期才能完成对目标的跟踪和宽带成像,降低了雷达跟踪、成像的数据率。为了克服这个缺点,提出了一种基于宽带固态相控阵雷达对弹道目标成像同时进行跟踪的方法,一个周期就可同时完成对目标的成像和跟踪,大大节省了雷达资源,提高了雷达数据率。同时论述了宽带信号距离信息和角度信息提取方法,利用仿真和模拟试验验证了方法的正确性。     

基于属性散射中心的SAR成像方法

传统合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像技术假设目标回波是由各向同性的点散射模型的相干叠加形成, 在大转角成像时不再适用。且各向同性的散射模型忽略了目标同一结构像素间的相关性, 容易导致结构不连续, 给后续目标识别带来困难。为此, 本文提出了一种基于属性散射中心模型的SAR成像算法, 利用不同散射中心表现出的不同特性对其分别进行成像, 增强属于同一结构的像素间的相关性, 提高SAR图像的可视性。最后, 基于仿真和实测数据实验结果, 验证了方法的有效性, 与现有算法对比, 所提算法的图像质量在定性和定量评价指标上都有所提升。     

宽带MIMO雷达的阵列设计和成像方法

为了降低多输入多输出(multiple-input and multiple-output, MIMO)成像雷达的阵列规模和系统硬件的复杂性,结合宽带MIMO雷达发射/接收阵元的角度分集和信号分集特性,提出了一种基于双均匀线阵组合的非线性阵列模型,并给出了该阵列的设计准则。不同于基于实孔径均匀阵列的宽带MIMO雷达成像系统,提出的非线性阵列模型可有效增加虚拟阵元个数和扩展阵列孔径,在不改变目标方位向成像质量条件下能有效降低实孔径均匀线阵的阵列规模和系统硬件的复杂度。同时,该阵列设计易于操作和实现。最后,仿真实验对该阵列模型的有效性进行了验证。     

一种基于估计理论的ISAR超分辨成像方法

针对逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像中给定合成孔径长度下方位向匹配滤波脉冲压缩输出的主瓣分辨率随雷达至等效阵列距离变化这一难题,基于线性系统理论,通过目标方位向回波信号的等效建模,提出了一种基于最小均方估计理论的超分辨成像方法。不同于传统基于谱估计的超分辨成像方法,该方法利用对目标系统方位向冲击响应的估计信号进行成像,因而能够完全消除雷达至等效阵列的距离对方位向分辨率的影响。仿真实验证实了该方法的有效性。     

用滤波方法实现ISAR成像包络对齐

为了提高逆合成孔径雷达(ISAR)成像处理速度,提出一种基于滤波方法进行包络对齐的改进算法。该算法将互相关法与重心法相结合,首先估计出相邻回波的偏移量,再用滤波方法对距离像进行插值并且同时抽取,实现包络对齐,避免了直接对目标距离像插值而引起的计算量增加,有利于实时成像处理。最后通过对实测数据成像证明该算法的快速性和有效性。     

基于零空间l1范数最小化的ISAR成像方法

在目标场景散射率分布满足稀疏性假设下,压缩感知(compressive sensing, CS)成像与传统距离-多普勒成像方法相比,可以使用很少的数据获得良好的图像,图像对比度高,没有旁瓣干扰。本文提出了一种基于零空间l₁范数最小化的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR) CS成像方法。从解欠定方程组的角度,将待重建目标图像分解为初猜值与残余值两部分。首先使用加权最小二乘(weighted lease square, WLS)法估计初猜值,作为目标初像;然后将待重建目标场景散射率的l₁范数作为额外的一个非线性测量值引入到图像重建中,在卡尔曼滤波框架下,利用非线性“伪测量”值,最小化待重建目标场景的l₁范数来估计零空间中残余值的解。实测ISAR数据处理验证了所提算法的有效性。与正交匹配追踪算法(matching pursuit algorithm, OMP)和primal-dual l₁范数最小化方法相比,所提方法获得的成像效果更好,成像时间比primal-dual l₁范数最小化方法更短。     

基于扩展距离像序列的ISAR成像相位补偿方法

逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar, ISAR）相位补偿算法对成像结果具有重要影响。首先从ISAR成像原理出发推导了相位误差产生原因,针对多普勒中心跟踪法,分析了横向交叉项对多普勒中心的影响,采用CLEAN算法分离了距离单元内强散射中心簇,构建了扩展距离像序列,提出了基于扩展距离像序列的相位补偿方法,有效地减小了横向交叉项对多普勒中心的影响,提高了相位误差估计精度。成像结果表明,该方法能够较好地补偿ISAR成像中的相位误差,噪声环境下优于其他方法。     

基于Beta过程的高分辨ISAR成像

对于高信噪比、完整回波、目标平稳运动等理想观测环境,现有成像技术已经较为成熟,可以获得聚焦良好的高分辨逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)像。但在实际中的方位回波缺损与低信噪比观测情况下,随机相位误差等因素会降低现有成像算法的性能甚至使其失效。本文首先建立了ISAR稀疏观测模型,并基于稀疏贝叶斯学习理论,通过引入Beta过程非参数先验构建层级概率模型,进而交替利用Gibbs采样及最大似然方法对ISAR像及随机相位误差进行估计。实验结果表明,所提方法在低信噪比、回波缺损等复杂观测环境下能够获得聚焦良好的ISAR图像。     

机动目标ISAR成像的相对运动补偿

非合作的机动多目标相对于雷达射线的姿态是时变的,而且目标间可能存在相对运动,给逆合成孔径雷达(ISAR)成像造成较大困难。针对此问题建立目标相对运动的模型,提出一种相对运动补偿的算法,在运动补偿的基础上对运动目标进行二次补偿,消除相对运动的影响。模拟和实测数据的处理结果说明,当相对运动目标和其它目标在距离上能分离时,该算法是可行的。     

星载干涉SAR阴影及叠掩区域相位重构方法

针对星载干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar, InSAR)定位过程中的问题,分析了星载InSAR阴影区域干涉相位图的相位特点,结论为在距离向上阴影区域两个临界端点处的相位差很小。在该结论的基础上给出了阴影区域的相位重构方法,该方法有效解决了阴影区域相位在解缠时不能传递正确的缠绕周期。建立了InSAR叠掩区域相位模型,推导了叠掩区域的相位特性,并针对该特性给出了叠掩区域的相位重构方法。仿真结果表明了阴影和叠掩区域相位重构方法的有效性和实用性。     

多基站ISAR成像模型与运动参数估计

针对单站逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar, ISAR）成像中难以准确获得目标散射点方位向尺度和运动参数的问题,建立了平面匀加速度运动目标的多基站ISAR目标成像模型,给出了目标成像和运动参数估计算法,分析了多基站ISAR成像约束。目标散射点的坐标由距离向投影方程组求解得到,基于方位向多普勒方程组通过搜索算法最小化目标函数实现目标的固有转速和目标相对于平动补偿后各基站视向量变化的转速的分离,得到目标的位置和目标运动参数的准确估计。仿真实验验证了多基站ISAR平面成像模型和运动参数估计方法。     

基于MP稀疏分解的弹道中段目标微动ISAR成像新方法

弹道目标在中段的运动包括轨道运动和微动。与轨道运动相比,弹道目标的微动能引起目标相对雷达视线角更为快速的变化,有利于逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像。针对自旋对称弹头的微动特性,提出了一种基于匹配追踪(matching pursuit, MP)稀疏分解的微动ISAR成像算法,分析了成像平面和成像所需积累转角,并通过计算机仿真与传统的距离－多普勒(range-Doppler, RD)、魏格纳－维尔(Wigner-Ville, WV)成像算法进行了比较。仿真结果表明：本文算法具有更好的成像精度和稳定性,且不受交叉项的干扰,是一种有效的微动目标成像算法。     

具有三维转动目标的ISAR成像新方法

传统的逆合成孔径雷达(inversesyntheticapertureradar,ISAR)距离 多普勒成像算法基于目标平稳飞行假设。当目标作机动飞行时,转速和转轴经常是时变的,采用传统方法成像会使图像模糊,甚至无法辨识。为此需要分距离单元进行时频分析,得到距离 瞬时多普勒图像。采用重排后的平滑伪Wigner Ville分布(smoothedpseudoWigner Villedistribution,SPWVD),既克服了WVD交叉项严重,不能正确成像的缺点,又克服了SPWVD降低时频集聚性,不能准确定位的缺点。仿真结果表明,该方法对机动目标能得到高质量的雷达图像。     

改进的逆合成孔径雷达成像包络对齐方法

准确的包络对齐是逆合成孔径雷达成像的基础。提出了一种适合工程应用的包络对齐方法,通过对相邻分组脉冲累积互相关系数的监测,实时调整窗函数的长度,消除了包络对齐中的漂移误差和“毛刺”现象,并通过竞争选择基准脉冲的起始位置,保证了算法的稳健性。仿真和试验数据的成像结果表明包络对齐结果的精度满足成像的要求。     

弹载侧视SAR成像及几何校正研究

针对装载在导弹上的侧视合成孔径雷达(SAR)在导弹下降飞行过程中成像处理及图像的几何校正问题,根据导弹所要求的合成孔径雷达成像期间内的飞行特点,建立了SAR工作的空间几何模型。由于要求成像的过程中,弹体的高度在不断减小,SAR图像存在严重的几何失真。根据成像过程中的几何关系,提出了校正SAR图像几何失真的方法,通过成像处理仿真试验验证了所提出的几何失真校正方法的有效性。     

基于相参子孔径的SAR实时成像方法

分析了子孔径过程用于合成孔径雷达(syntheticapertureradar,SAR)成像的实现机理,指出对合成孔径过程采取相参分阶段处理是对合成孔径这一处理思想合理的扩展,并总结了子孔径处理的核心思想。在此基础上结合对一类典型子孔径算法的研究,针对利用子孔径结果进行精分辨成像的实现过程及相应聚焦条件等问题进行了具体探讨。最后给出了相应的子孔径成像流水实现结构和仿真结果。     

ISAR成像系统的二维资源自适应调度算法

现有认知雷达成像系统的资源调度策略只从距离向(或波形设计)或者方位向一个维度进行资源调度,没有充分分配和利用雷达系统资源,为此提出了一种针对步进频率逆合成孔径雷达成像系统的二维资源自适应调度算法,来进一步提高雷达系统的工作效率。该算法在对目标特征认知的基础上,根据压缩感知原理,计算对目标二维稀疏观测所需脉冲资源,依据二维资源调度模型,自适应分配二维脉冲资源,实现对多目标的交替稀疏观测成像。最后通过仿真验证了算法的可行性并与常规算法相比在资源饱和的情况下,可以执行更多的成像任务。