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。     

基于速度合成孔径雷达的海面舰船动目标成像方法

海面舰船成像技术在军事和民用领域应用广泛。针对海面动目标成像定位模糊的缺点,提出了使用速度合成孔径雷达（velocity synthetic aperture radar,VSAR）估计动目标速度频率的方法。首先,分析了VSAR的成像机理和限制条件,建立了基于相控阵雷达对海面舰船的成像模型;然后,采用多天线图像域的速率频率估计方法纠正方位向的偏移,采用图像熵算法完成目标图像的自适应聚焦;最后,利用该方法对海面运动舰船进行仿真计算。仿真结果表明,VSAR在处理大海域海面静动目标同时存在的场景下,可以甄别出目标所属类型,判断出动目标的运动趋势和航行轨迹。相比于传统的单通道SAR雷达和沿航迹干涉雷达算法,速度频率估计算法解决了方位定位精度不足的缺点,提高了大面积海域条件下的动目标舰船的定位性能,具有良好的应用前景。     

基于雷达的导航信息传递技术

针对小型智能飞行器(miniature intelligent air-vehicle, MIA)低精度微惯导系统的动态初始对准和校准问题, 提出了基于雷达的导航信息传递技术。将雷达及其载体当作一个刚体, 设计了基于雷达的导航信息传递系统; 基于雷达被动测向原理, 提出了测定雷达主瓣波达方向(direction of arrival, DOA)的多重镜像压缩的传播算子(multiple image compression-propagator method, MIC-PM)估计算法。理论与仿真分析表明, 相对于PM算法, MIC-PM算法计算量明显减少, DOA估计时间可达到9.3×10^-3s, 满足MIA导航信息传递的实时性要求; 同时, 在低信噪比情况下的估计精度有所提高。     

抑制SAR图像相干斑的自适应红黑窗滤波算法

针对经典空域滤波算法处理SAR图像时,在同一滑动窗内完全按同质区域性质处理数据而导致图像细节信息损失的情况,提出一种新的滑动窗结构的算法。该算法选取与窗口中心像素统计特性相近的像素进行滤波处理,解决了经典空域滤波算法存在窗口内数据不满足滤波模型对同质区域要求的缺陷。同时,针对强散射点的特殊性,设计了相应的检测及处理方法。实验结果表明,该算法在获得与经典算法相当的相干斑抑制的同时,较经典算法具有更强的边缘和细节保持能力,同时获得更好的图像视觉效果。     

星载双站SAR运动目标加速度检测和估计

星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR)用于动目标检测和参数估计时,忽略动目标加速度的影响将会导致沿航迹速度估计的较大误差。给出了星载双站合成孔径雷达检测和估计地面运动目标加速度的算法,该算法主要利用运动目标相对于工作在Tandem模式下的星载双站SAR具有不同相对径向速度的原理,利用三孔径星载SAR估计径向速度的算法,估计出相对于星载双站SAR的不同径向速度。根据这两个径向速度和SAR视角之间的关系,计算出动目标运动方向和常数项切向速度,最后根据估计的调频斜率计算出切向加速度和径向加速度。仿真结果表明,该算法能正确地估计出具有加速度的动目标速度参数。     

大斜视角SAR成像的改进频率变标算法

首先给出了一种改进的频率变标算法。该算法适用于处理距离解线调后的聚束式SAR数据。对大斜視角数据,由于二次距离压缩误差的影响,偏离参考距离的散射点未能完全聚焦,且离参考距离越远聚焦性能越差。将非线性变标的方法加入频率变标算法对数据进行二次距离压缩,有效地减小了距离压缩误差。最后通过仿真实验表明,对给定的SAR参数,在斜视角为定值时,也能得到较好的成像结果。     

一种基于相位对消的转角估计新方法

逆合成孔径雷达成像中,为校正散射点越多普勒单元走动和方位向定标,需要对目标转角进行估计。在详细分析雷达目标回波相位特性的基础上,提出一种基于相位对消的转角估计方法。该算法通过对消回波的相位一次项后,对回波相位二次项系数进行估计,从而根据二次项系数与转角的关系获得转角估计值。同时,考虑到回波能量在成像平面的分布特点,采用加权最小二乘法对估计结果进行拟合。与现有方法相比较,新方法在稳健性和实时性上有较大改进。仿真数据和暗室数据的成像结果证明了该方法的有效性。     

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。     

机载SAR实时多普勒中心估计原理及硬件实现

针对机载SAR多普勒中心实时估计问题,提出了基于相关函数算法的实现方案,分析了影响估计精度的因素。该算法通过计算回波信号的方位向自相关函数来得到多普勒中心值,避免了对回波信号功率谱的计算,显著降低了运算量。该方案对不同距离子条带的数据进行估计,获得了多普勒中心在测绘带内的变化情况。给出了基于TI TMS320C6415芯片的硬件实现方法,对实际探测数据的估计结果表明该方案满足了精确度和实时性要求。     

SAR成像信号的并行处理算法研究

对SAR并行成像处理进行了深入研究 ,在串行成像算法的基础上 ,提出了SAR并行成像处理的一种中粒度并行算法和一种混合FFT算法。中粒度并行算法针对SAR信号处理大数据量的特点 ,在系统内存有限的情况下 ,对任务划分进行优化 ,以提高系统处理性能。混合FFT算法将Cooley -TukeyFFT算法和WinogradFFT算法结合起来 ,使得FFT算法在通用平台上更高效地运行。在国产曙光系列并行机上的实验结果证明 :我们的研究工作是有成效的。     

基于图像的直接视觉伺服控制器设计与仿真

对于手眼机器人视觉伺服,考虑机器人的运动学及动力学特性,在物体的深度未知及机器人的基坐标系与物体的坐标系之间的相似变换矩阵未定标的情况下,设计了直接视觉伺服控制器,利用自适应算法对深度及上述相似变换矩阵的参数进行在线估计,实现了基于图像误差的定位控制,在系统的工作空间范围内,闭环系统是渐近可稳定的。该方法不需要物体的几何模型及深度的精确值,仿真结果验证了其有效性。     

无网格算法在相位展开中的应用

缠绕相位的展开是分析干涉合成孔径雷达数据的关键步骤,提出了一种利用无网格法进行相位展开的算法。该算法首先通过径向点插值无网格法计算出相位在划定支持域内的近似函数,然后在最小二乘意义下通过计算待展开相位点在支持域范围内的局部最佳近似值进行相位展开。由于结合了最小二乘法和无网格法的优点,该方法对于干涉图中质量较低区域同样可以进行有效相位展开,同时在很大程度上防止了误差的传递。最后通过仿真数据及实测数据验证了该算法的有效性。     

PolSAR图像的改进非局部均值滤波算法

为了在抑制相干斑的同时更好地保留地物目标的极化散射信息和结构信息,提出了一种基于变异系数(coefficient of variance,C.V)的极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR)图像自适应非局部均值滤波算法。该算法结合图像子块的统计特性和目标点的极化散射特性筛选同质像素,然后引入C.V自适应选取平滑系数来计算滤波所用的权重,最后对同质像素进行非局部均值滤波。用不同系统采集的PolSAR数据进行的实验结果表明,与精致LEE滤波、NL-Pretest滤波以及最新的滤波方法相比,本文算法不仅能够有效抑制相干斑噪声,而且图像的边缘和极化散射特性也得到了更好地保持。     

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。     

基于Gamma分布的优化SAR目标检测

在Gamma分布条件下,研究了SAR目标检测,得到了阈值系数与恒虚警关系,提出了阈值选择理论及其简单实现方法,优化了杂波均值估计并给出了其无偏鲁棒算法,这样在目标检测中不经过噪声抑制过程但具有抗噪能力,并且参数估计没有偏差。实际SAR数据测试结果表明该方法的检测效果优于双参数恒虚警算法。     

反向投影成像算法的理论分析及目标特征恢复

分析了用于超宽带冲激信号 SAR系统的反向投影 (BP)成像算法 ,得出了BP算法固有的旁瓣形成解析式及旁瓣分布 ,说明了成像结果中系统频率特性对目标特征的频率有加权作用 ,并且是造成成像畸变的主要原因。提出了对回波信号逆滤波以恢复目标特征及采用匹配滤波来抑制成像旁瓣的方法。对冲激雷达实验系统的成像数据的处理结果表明 ,提出的逆滤波方法是有效的。     

基于多小波变换的GPR图象去噪方法研究

探讨了多小波函数及其预处理方法对探地雷达(ground penetrating radar-GPR)图象去噪性能的影响，在Donoho D L和Johnstone IM提出的小波阈值去噪方法的基础上提出了一个改进的阈值函数，并对实际的GPR图象进行阈值化处理和对比分析，结果表明选取合适的预处理方法，采用DGHM和STT多小波对GPR图象去噪可获得比其他方法更好的效果。     

基于Prewitt算子的X波段雷达有效波高反演研究

在X波段雷达有效波高获取的工程应用中,无现场仪器校准获取波高的方法一直是人们所致力研究的。基于雷达阴影调制特性无校准有效波高反演的方法是一种可进行工程应用的方法,但该方法采用差分算子获取的雷达图像阴影阈值的准确度和稳定性不高,影响有效波高的反演精度。本文针对这一问题,采用Prewitt算子对雷达图像的边缘检测算法进行了改进,该算子能更加精准地定位雷达图像阴影区与非阴影区的边缘。通过两次不同地点和不同时间获得的试验数据进行验证,结果表明Prewitt算子能够提高图像阈值选取的准确度和有效波高的反演精度,两次反演结果与浮标数据相比平均绝对误差在15%以内。     

加权快速聚类距离解模糊算法

距离模糊是雷达系统中重频工作模式下必须考虑的问题,而多重频技术是解距离模糊常见的信号波形设计方案。一维聚类算法可根据雷达不同重频的测量视在距离稳健地求解目标不模糊距离,但一维聚类算法在排序效率和根据测距信噪比估计目标不模糊距离性能两方面存在不足。加权快速聚类距离解模糊算法首先提出快速聚类算法提高解模糊时的排序效率,继而采用加权方式提高目标不模糊距离的估计性能。快速聚类算法的仿真试验结果表明快速聚类算法解距离模糊是一种实用的快速解距离模糊算法。     

合成孔径雷达的并行成像算法研究及实现

随着合成孔径雷达 (SAR)成像技术的不断发展 ,对SAR图像的成像精度和实时率的要求也愈来愈高 ,尤其是军事领域 ,高实时率是SAR成像系统的一个关键指标。针对目前较流行的SAR成像算法———CS(ChirpScal ing)提出了适合于群集 (cluster)结构的并行机的中粒度并行算法及粗粒度并行算法 ,并对两种算法作了详细分析和比较