基于U-Net的涡旋电磁波雷达成像方法

基于轨道角动量模态变量与目标方位角变量的近似对偶关系,涡旋电磁波雷达可以实现对静止目标的二维高分辨成像,然而目标回波中的贝塞尔函数项会严重影响方位角向聚焦性能。现有基于逆投影算法的贝塞尔函数补偿方法计算量很大,难以实际应用。针对上述问题,提出一种利用U-Net卷积神经网络抑制贝塞尔函数影响、实现涡旋电磁波雷达高分辨成像的方法。首先,根据雷达目标散射分布的稀疏特性对U-Net网络进行改进,然后对目标回波信号进行二维快速傅里叶变换预处理得到目标散焦图像,将其作为改进U-Net网络的输入,并将目标理想电磁散射模型作为网络输出对网络进行监督训练。最后,基于未知目标回波信号,将预处理后的目标散焦图像输入到训练完备的网络模型中,即可得到聚焦良好的高分辨成像结果。仿真实验证明,该成像方法能够有效提高目标成像聚焦性能,且该网络模型在噪声存在的情况下仍具有较好的泛化能力。     

月面态势感知雷达三维成像方法

为实现月球探测器软着陆前在悬停状态下对局部月面起伏态势的有效感知,提出一种基于高度维宽带高分辨以及平面二维接收数字波束形成的雷达三维成像方法.该方法的突出特点是不需要雷达与目标间的相对运动便能实现三维成像.根据成像原理,对雷达发射波形、天线形式及尺寸进行了研究和设计;探讨了成像高度以及场景栅格扫描时的波位步进量问题;给出完整的成像处理流程并进行仿真验证.仿真结果表明,采用该方法可以获得强散射中心三维坐标,重构出场景区域的三维图像.     

基于二维稀疏特性的空间目标高分辨ISAR成像方法

针对空间三轴稳定目标成像问题,提出了一种基于目标稀疏特性的空间目标高分辨ISAR成像方法.该方法利用精轨数据构建了保相波形延时字典,实现了距离维高分辨和平动补偿;利用旋转矢量分析方法计算了三轴稳定空间目标有效积累转角,结合高分辨距离像的稀疏特性,给出了一种适用于越距离单元徙动的方位维稀疏字典构建方法.仿真结果表明,构建的稀疏匹配字典正确反映了目标的姿态变化特性,解决了越距离单元徙动问题,结合距离维相干抑制显著提高了空间目标二维ISAR像的分辨能力.      

稀疏微波成像信号处理方法研究

主要围绕该研究关键科学问题"稀疏微波成像非模糊重建"展开研究,结合稀疏微波成像体制,研究多维度稀疏信号特征信息挖掘方法,提出稀疏微波成像距离多普勒二维解耦成像重建算子,建立稀疏微波成像重构算法,实现微波成像大数据量的快速求解。主要研究内容包括:基于稀疏优化的空时频域先验信息挖掘方法、稀疏微波成像非模糊重建理论和方法、非理想运动平台稀疏微波成像处理和稀疏微波成像快速算法研究。主要工作进展包括:(1)基于目标在空间的稀疏表征,揭示观测对象在空间维度的先验信息调制机理,实现短孔径下的方位高分辨成像。(2)进行了稀疏步进频率雷达成像体制设计和高分辨成像算法研究,有效降低步进频率雷达的回波数据量和外界干扰的概率。(3)基于稀疏孔径数据,揭示观测对象在方位时间维度的先验信息调制机理,展开了方位孔径稀疏采样的雷达体制设计和高分辨成像算法研究。(4)提出了一种基于稀疏表征的自聚焦算法,研究了存在运动误差下的稀疏微波成像非模糊重建算法,完善了可嵌入运动补偿的稀疏微波成像处理框架。(5)展开了宽幅海洋多舰船目标高分辨成像的体制设计和算法研究,提出了一种单天线体制下的Fast-Scan SAR海洋多舰船成像算法,并完善了稀疏微波成像非模糊重建理论框架和方法体系。(6)展开了稀疏采样体制下的运动目标检测和成像算法研究。通过方位稀疏采样方式优化设计,基于运动目标先验信息挖掘技术研究,利用稀疏信号处理算法实现运动目标的高分辨非模糊重建。     

运动目标微多普勒特征提取方法

雷达目标的微多普勒效应为目标精确识别提供了新的技术途径;近年来获得了广泛研究。为了实现对目标微多普勒特征的快速准确提取,在对逆合成孔径雷达系统中含旋转部件运动目标雷达回波信号距离-慢时间二维谱图域分析的基础上,提出了一种基于图像域的微多普勒特征提取方法。利用二维谱图上微多普勒曲线的正弦周期特性,实现对不同微多普勒曲线的分离和参数的快速提取,从而获得目标真实的微动信息,为目标的快速准确识别提供了依据。最后,仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于单脉冲测角技术的雷达高分辨三维成像方法研究

本文针对宽带毫米波雷达角跟踪中的角闪烁问题,提出一种基于高分辨距离像的单脉冲测角新算法。该算法利用线性调频步进信号高分辨测距、单脉冲技术进行测角,从而形成基于扩展目标的合成高分辨距离-方位-俯仰三维像。仿真实验证明,此成像方法可以较精确的得到目标散射中心的方位、俯仰角以及散射强度信息,提高测角精度,对实现精确制导技术有着重要的参考价值。     

稀疏步进频合成孔径雷达成像算法

提出了一种适用于稀疏步进频信号的成像算法,以较少的时间和频谱资源完成了雷达目标成像。该算法将稀疏步进频回波数据等效为均匀步进频回波数据的观测值,利用压缩感知重构算法实现目标区域的距离向重构,然后经过距离徙动校正与方位向脉压完成对目标场景成像。仿真结果表明:该算法在发射频点高度稀疏条件下仍能实现高分辨成像。采用地基雷达实测数据验证了算法的有效性。     

多天线干涉处理的窄带雷达空间旋转目标三维成像

借鉴干涉式逆合成孔径雷达中多天线干涉处理的思想,采用L型三天线成像结构,提出了一种基于多天线干涉处理的窄带雷达空间旋转目标三维成像方法。推导了窄带条件下空间旋转目标回波干涉处理的原理,分析了短时傅里叶变换对回波干涉相位信息的影响,在对各天线回波进行短时傅里叶变换的基础上,在时频平面上有效区分了各散射点对应的回波曲线,获得了不同散射点对应的干涉相位信息,实现了对空间旋转目标的干涉式三维成像。与已有方法相比,该方法仅需利用单部多天线雷达即可获得目标的真实三维信息。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于线性调频步进信号的SAR实测数据成像

介绍了线性调频步进信号的形式及合成高分辨距离像的原理,提出了一种基于该信号形式拉伸处理的地杂波剔除方法,分析了目标运动以及雷达载机振动对合成的一维距离像的影响等问题,给出了合成距离像的仿真结果以及一种毫米波直升机机载成像雷达的实测数据成像结果。     

大角度旋转目标微波成像

增大转台转角可提高目标成像时的横向分辨率,传统成像算法大转角会引起雷达像模糊,采用一种插值办法在频率空间的直角坐标系中计算出雷达回波数据,用二维快速傅里叶变换对回波数据进行处理,从而获得转台目标的雷达像。经过对仿真数据进行验证,用该方法获得的二维雷达像,其质量高于用极坐标回波数据所成的像。     

基于单频涡旋电磁波雷达的人体目标步态精细识别

现有基于传统平面电磁波雷达的人体目标识别技术能够实现对步态差异较大的人体目标的分类识别,但在步态精细识别方面面临较大困难。将涡旋电磁波雷达应用于人体步态识别中,尝试通过发射携带有轨道角动量的单频涡旋电磁波来增加雷达回波中的目标信息量,以提高人体步态精细识别能力。首先建立了人体目标的涡旋电磁波雷达回波模型,并仿真生成了3种步态下的回波数据集;然后通过将回波变换到基频,获得目标线多普勒和角多普勒混合信息并用时频图表征,最终将时频图输入到卷积神经网络模型中获得分类结果。仿真实验表明：相比于传统平面电磁波雷达,使用涡旋电磁波可以提升人体步态精细识别能力。     

双基地SAR点目标图像质量评估算法

为检验双基地合成孔径雷达(BiSAR)成像算法的正确性,需要对BiSAR成像结果做出定量的评价.针对BiSAR点目标成像结果方位向方向和距离向方向不正交的问题,提出相应的点目标成像质量评估算法.该算法对BiSAR点目标成像结果进行二维插值和旁瓣扩展方向自动搜索,并沿其搜索方向对仿真图像进行定量评估.计算机仿真结果验证了该算法的有效性.     

毫米波雷达目标点云稳健自适应聚类方法

针对毫米波调频连续波多输入多输出(frequency modulated continuous wave multiple-input multiple-output, FMCW MIMO)雷达点云目标远疏近密的密度不一问题,提出了一种基于密度聚类的稳健自适应三维点云聚类方法。首先,从原始数据中提取目标的距离、方位角以及俯仰角信息;其次,结合雷达的距离分辨率和角度分辨率将提取得到的三维信息以体素形式进行表示,并计算每个体素相应的局部度量值;再次,根据局部度量值计算各个体素的聚类搜索区域;最后,结合遗传算法(genetic algorithm, GA)自适应寻找聚类过程中所需的最佳参数并实现聚类。实验结果表明,该方法能够实现毫米波雷达三维点云的有效聚类。     

星-弹双基SAR建模及成像特性分析

针对星-弹双基合成孔径雷达(SMB-BiSAR)这一特殊成像结构,根据卫星-导弹的空间几何模型,对收发平台的成像模型进行矢量描述,得到目标的距离历程以及回波信号模型。然后,利用距离等值线与多普勒等值线的正交关系,对接收站的飞行路径约束条件进行分析,并根据距离分辨率和多普勒分辨率与两者梯度的关系,得到SMB-BiSAR空间分辨率的计算公式。仿真实验表明:通过合理地规划导弹的飞行路径,SMB-BiSAR具备对目标区域的大前斜和前视高分辨成像的能力,并且其空间分辨率受双基几何构型影响较大。发射站和接收站位置夹角越大,距离分辨的效果越差;当二者位置重合时即单基模式,距离分辨率效果最佳。而发射站和接收站运动方向的夹角越大,方位分辨率越差。当二者运动方向相同时,方位分辨率效果最佳。     

调频连续波雷达自旋目标干涉三维成像方法

相比脉冲体制雷达,调频连续波雷达具有功耗低、成本低、重量轻等优点,发展前景广阔,同时雷达三维成像技术可为目标的分类识别提供重要的特征信息。但是自旋目标在调频连续波信号条件下会产生一维距离走动以及回波相位的改变,这对干涉三维成像产生了影响。针对自旋目标在线性调频连续波雷达中的干涉三维成像技术进行了研究,分析了自旋产生的回波调制效应与相位变化,结合分析所得的调制前后目标在距离 慢时间像上微动特征的变化关系与扩展Hough变换提取的微动参数,解决了干涉三维成像中由于回波调制效应导致的目标坐标畸变问题,提出了基于调频连续波雷达的自旋目标干涉三维成像的具体处理方法。仿真实验证明,所提方法有效提高了自旋目标的干涉三维成像质量。     

一般非综合孔径雷达方位超分辨研究

一般非综合孔径雷达的方位分辨率受天线波束宽度的限制。要突破这种限制需要采用方位超分辨技术。该文介绍和分析了3种一般非综合孔径雷达的方位超分辨方法,包括去卷积法、角度权重法和相控阵雷达的相位权重法。对这些方法的性能进行了比较性研究,给出了数值仿真的结果。研究表明,去卷积法只适合于信噪比大于30dB的场合。在信噪比小于15dB时,角度权重法和相位权重法仍具有较好的方位超分辨效果。该文还从信息的角度分析了方位超分辨的实质,探讨了实现方位超分辨的可能途径。     

一种基于HMM的雷达目标识别方法

根据雷达目标散射点的一般模型和特定条件的简化模型；提出用RELAX方法从高分辨雷达回波提取目标散射点分布的位置信息作为目标HRRR的特征向量；利用HRRR对雷达视角敏感这一特点，用隐马尔可夫过程表征多视角雷达回波序列，获得目标距离-方位两维信息，用若干HMM子过程构成的模式链表征一个飞行目标的飞行姿态变化，从而采用基于隐马尔可夫模型的分类器实现目标类属和方位的自动识别和分类，实测数据的计算机仿真结果表明，这一方法的平均识率为99.80%和81.2%。     

基于改进极坐标格式算法的大斜视SAR成像方法

针对大斜视合成孔径雷达成像（SAR）模式下,回波存在较大的距离走动和严重的距离 方位交叉耦合等问题,对传统极坐标格式算法（PFA）进行改进,提出了一种基于改进的PFA算法的大斜视SAR成像方法。根据实际回波数据存储的形式,建立了大斜视SAR的斜距模型,通过对距离向与方位向的二维泰勒级数展开设计了一种斜距平面的二维插值函数,有效地提高了成像算法的聚焦深度。与传统PFA不同,斜距平面的距离展开能够避免回波数据的投影,所以改进的算法更适用于地形起伏不平的成像场景。仿真数据和实测数据分析验证了该方法的有效性。     

基于层叠结构的双极化单脉冲天线

研究双极化微带阵列天线在单脉冲雷达系统中的应用,使传统单脉冲雷达系统具备收发极化分集能力以及多种极化形式下的目标角误差信息提取能力. 采用基于层叠结构馈电的正六边形双极化微带天线构建满足单脉冲雷达系统需求的一维阵列天线,通过计算机仿真,利用比幅单脉冲角误差提取方法以及任意极化合成方法在同一天线中得出线极化、圆极化、椭圆极化形式下的和差波束方向图以及角误差曲线. 并在一维阵列的基础上研究了低成本、低复杂度的二维阵列组阵方式以及二维角误差提取方法. 研究结果证明了利用基于层叠结构馈电的微带阵列天线构建双极化单脉冲天线的可行性.