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受卫星高速运动和地球自转影响,天基预警雷达杂波在俯仰-方位-多普勒三维空间呈紧耦合特性,极大降低了传统空时自适应处理(STAP)方法的慢速运动目标检测性能。采用方位-俯仰-多普勒三维STAP可实现天基预警雷达杂波解耦,但与非正侧机载预警雷达杂波的三维松耦合情况不同,该应用需要较大系统自由度才能实现次最优杂波抑制性能,所带来的巨大运算负担和均匀样本需求使其难以应用于实际。针对上述问题,该文首先构建了天基预警雷达平面阵回波空时信号模型;然后详细分析了其杂波在方位-俯仰-多普勒三维空间的紧耦合特性;最后提出了基于级联处理的低自由度三维STAP方法,利用空域加权子阵合成预先衰减副瓣杂波,再利用俯仰-多普勒自适应处理抑制剩余各次距离模糊主瓣杂波。仿真实验验证了所提STAP方法可在低运算复杂度和小样本需求条件下实现次最优杂波抑制性能,因此适用于天基预警雷达实际应用。 受卫星高速运动和地球自转影响,天基预警雷达杂波在俯仰-方位-多普勒三维空间呈紧耦合特性,极大降低了传统空时自适应处理(STAP)方法的慢速运动目标检测性能。采用方位-俯仰-多普勒三维STAP可实现天基预警雷达杂波解耦,但与非正侧机载预警雷达杂波的三维松耦合情况不同,该应用需要较大系统自由度才能实现次最优杂波抑制性能,所带来的巨大运算负担和均匀样本需求使其难以应用于实际。针对上述问题,该文首先构建了天基预警雷达平面阵回波空时信号模型;然后详细分析了其杂波在方位-俯仰-多普勒三维空间的紧耦合特性;最后提出了基于级联处理的低自由度三维STAP方法,利用空域加权子阵合成预先衰减副瓣杂波,再利用俯仰-多普勒自适应处理抑制剩余各次距离模糊主瓣杂波。仿真实验验证了所提STAP方法可在低运算复杂度和小样本需求条件下实现次最优杂波抑制性能,因此适用于天基预警雷达实际应用。
交叉眼技术是一种通过相干多点辐射源诱使单脉冲雷达测角偏差的电子对抗技术。面对攻防双方激烈对抗的复杂电磁环境,采用主被动复合单脉冲雷达测角是现代末制导雷达提高抗干扰能力的发展趋势之一。该文以主被动复合单脉冲雷达为干扰对象,建立了交叉眼干扰数学模型,通过对比交叉眼技术对抗主动单脉冲测角和被动单脉冲测角的干扰效果,揭示了交叉眼技术对主被动复合单脉冲雷达的影响机理。该研究成果可为干扰与抗干扰的合理应用提供理论规律和仿真数据。 交叉眼技术是一种通过相干多点辐射源诱使单脉冲雷达测角偏差的电子对抗技术。面对攻防双方激烈对抗的复杂电磁环境,采用主被动复合单脉冲雷达测角是现代末制导雷达提高抗干扰能力的发展趋势之一。该文以主被动复合单脉冲雷达为干扰对象,建立了交叉眼干扰数学模型,通过对比交叉眼技术对抗主动单脉冲测角和被动单脉冲测角的干扰效果,揭示了交叉眼技术对主被动复合单脉冲雷达的影响机理。该研究成果可为干扰与抗干扰的合理应用提供理论规律和仿真数据。
极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)在城区等复杂场景下的应用受到了越来越多的关注。面向城区的极化干涉SAR处理主要包括基于极化最优相干的干涉测高、基于极化分解的干涉测高、联立极化干涉观测方程直接求解不同散射机制高度这3种模式。现有研究对各类误差在极化干涉SAR不同处理模式下的综合影响分析尚很欠缺。该文在构建极化干涉SAR误差模型的基础上,提出了联立极化观测方程下散射机制的求解方法,推导了极化失真和干涉误差在极化干涉SAR不同处理模式下的综合影响模型,并通过仿真验证了模型的正确性,同时给出了3种处理模式补偿误差后的高度反演结果,补偿误差后通过极化最优相干得到建筑区域高度的均方根误差(RMSE)为2.77 m。在此基础上,通过仿真给出了极化干涉SAR不同处理模型下的误差影响曲线,比较了不同处理模型受误差影响的程度,并给出了合理解释,研究结果为极化干涉SAR系统设计、处理方法选择及数据应用提供了参考。 极化干涉合成孔径雷达(PolInSAR)在城区等复杂场景下的应用受到了越来越多的关注。面向城区的极化干涉SAR处理主要包括基于极化最优相干的干涉测高、基于极化分解的干涉测高、联立极化干涉观测方程直接求解不同散射机制高度这3种模式。现有研究对各类误差在极化干涉SAR不同处理模式下的综合影响分析尚很欠缺。该文在构建极化干涉SAR误差模型的基础上,提出了联立极化观测方程下散射机制的求解方法,推导了极化失真和干涉误差在极化干涉SAR不同处理模式下的综合影响模型,并通过仿真验证了模型的正确性,同时给出了3种处理模式补偿误差后的高度反演结果,补偿误差后通过极化最优相干得到建筑区域高度的均方根误差(RMSE)为2.77 m。在此基础上,通过仿真给出了极化干涉SAR不同处理模型下的误差影响曲线,比较了不同处理模型受误差影响的程度,并给出了合理解释,研究结果为极化干涉SAR系统设计、处理方法选择及数据应用提供了参考。
密集转发干扰与雷达发射信号高度相关,兼具压制式和欺骗式干扰效果,使雷达系统难以检测到真实目标,严重威胁雷达作战能力。针对这一问题,该文提出一种基于支持向量机(SVM)的捷变频雷达密集转发干扰智能抑制方法。通过对随机样本集进行离线训练获得最优SVM模型,智能化识别并分类目标和干扰;然后,采用平滑滤波进一步抑制目标所在距离单元内的干扰信号;最后,基于压缩感知(CS)理论进行二维高分辨重构,估计出目标参数信息。仿真实验与实测数据处理结果表明,所提算法在不同场景下均能够有效抑制密集转发干扰,准确检测出真实目标。 密集转发干扰与雷达发射信号高度相关,兼具压制式和欺骗式干扰效果,使雷达系统难以检测到真实目标,严重威胁雷达作战能力。针对这一问题,该文提出一种基于支持向量机(SVM)的捷变频雷达密集转发干扰智能抑制方法。通过对随机样本集进行离线训练获得最优SVM模型,智能化识别并分类目标和干扰;然后,采用平滑滤波进一步抑制目标所在距离单元内的干扰信号;最后,基于压缩感知(CS)理论进行二维高分辨重构,估计出目标参数信息。仿真实验与实测数据处理结果表明,所提算法在不同场景下均能够有效抑制密集转发干扰,准确检测出真实目标。
针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形方案中循环前缀引起的弱回波掩盖问题和敌方战场低截获概率问题,该文提出了基于滤波器组的多载波偏移正交幅度调制(FBMC-OQAM)的低截获雷达通信一体化波形设计方案。分别构建FBMC雷达通信一体化波形与目标检测概率、通信信道容量之间的数学模型,在保证一定系统雷达与通信性能的条件约束下,设计最小化系统总发射功率联合优化问题,优化各个子载波发射功率分配方案。该算法利用测量值和信道状态信息,对下一个脉冲的发射波形参数进行优化设计,实现自适应传输。此外,从平均模糊函数角度分析了FBMC作为雷达信号的可行性和优势。仿真结果表明,与等功率分配方案相比,该文提出的功率分配方案可有效降低一体化系统总发射功率,从而实现低截获性能,并且FBMC波形可有效降低循环前缀引起的距离旁瓣,提高雷达分辨率与信息速率。 针对正交频分复用(OFDM)雷达通信一体化波形方案中循环前缀引起的弱回波掩盖问题和敌方战场低截获概率问题,该文提出了基于滤波器组的多载波偏移正交幅度调制(FBMC-OQAM)的低截获雷达通信一体化波形设计方案。分别构建FBMC雷达通信一体化波形与目标检测概率、通信信道容量之间的数学模型,在保证一定系统雷达与通信性能的条件约束下,设计最小化系统总发射功率联合优化问题,优化各个子载波发射功率分配方案。该算法利用测量值和信道状态信息,对下一个脉冲的发射波形参数进行优化设计,实现自适应传输。此外,从平均模糊函数角度分析了FBMC作为雷达信号的可行性和优势。仿真结果表明,与等功率分配方案相比,该文提出的功率分配方案可有效降低一体化系统总发射功率,从而实现低截获性能,并且FBMC波形可有效降低循环前缀引起的距离旁瓣,提高雷达分辨率与信息速率。
针对合成孔径雷达(SAR)舰船斜框检测数据集较少,难以满足算法发展和实际应用需求的问题,该文公开了SAR舰船斜框检测数据集(RSDD-SAR),该数据集由84景高分3号数据和41景TerraSAR-X数据切片及2景未剪裁大图,共127景数据构成,包含多种成像模式、多种极化方式、多种分辨率切片7000张,舰船实例10263个,通过自动标注和人工修正相结合的方式高效标注。同时,该文对几种常用的光学遥感图像斜框检测算法和SAR舰船斜框检测算法进行了实验,其中单阶段算法S2ANet检测效果最佳,平均精度达到90.06%。通过实验对比分析形成基准指标,可供相关学者参考。最后,该文通过泛化能力测试,分析讨论了RSDD-SAR数据集训练模型在其他数据集和未剪裁大图上的性能,结果表明:该数据集训练模型具有较好的泛化能力,说明该数据集具有较强的应用价值。RSDD-SAR数据集可在以下网址下载:https://radars.ac.cn/web/data/getData?dataType=SDD-SAR 针对合成孔径雷达(SAR)舰船斜框检测数据集较少,难以满足算法发展和实际应用需求的问题,该文公开了SAR舰船斜框检测数据集(RSDD-SAR),该数据集由84景高分3号数据和41景TerraSAR-X数据切片及2景未剪裁大图,共127景数据构成,包含多种成像模式、多种极化方式、多种分辨率切片7000张,舰船实例10263个,通过自动标注和人工修正相结合的方式高效标注。同时,该文对几种常用的光学遥感图像斜框检测算法和SAR舰船斜框检测算法进行了实验,其中单阶段算法S2ANet检测效果最佳,平均精度达到90.06%。通过实验对比分析形成基准指标,可供相关学者参考。最后,该文通过泛化能力测试,分析讨论了RSDD-SAR数据集训练模型在其他数据集和未剪裁大图上的性能,结果表明:该数据集训练模型具有较好的泛化能力,说明该数据集具有较强的应用价值。RSDD-SAR数据集可在以下网址下载:https://radars.ac.cn/web/data/getData?dataType=SDD-SAR
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合成孔径雷达
视频合成孔径雷达(SAR)具有高帧率成像能力,可作为地面运动目标探测的重要技术手段。经典SAR地面动目标显示(SAR-GMTI)依靠目标回波能量来实现动目标检测,同时动目标阴影亦可作为视频SAR动目标检测的重要途径。然而,由于动目标能量和阴影的畸变或涂抹,依靠单一方式难以实现稳健的动目标检测。该文基于目标能量和阴影的双域联合检测思想,分别通过快速区域卷积神经网络和航迹关联两种技术途径实现了视频SAR动目标联合检测,给出了机载实测数据处理结果,并进行了详细分析。该文方法充分利用目标阴影与能量的特征及空时信息,提升了机动目标检测的稳健性。 视频合成孔径雷达(SAR)具有高帧率成像能力,可作为地面运动目标探测的重要技术手段。经典SAR地面动目标显示(SAR-GMTI)依靠目标回波能量来实现动目标检测,同时动目标阴影亦可作为视频SAR动目标检测的重要途径。然而,由于动目标能量和阴影的畸变或涂抹,依靠单一方式难以实现稳健的动目标检测。该文基于目标能量和阴影的双域联合检测思想,分别通过快速区域卷积神经网络和航迹关联两种技术途径实现了视频SAR动目标联合检测,给出了机载实测数据处理结果,并进行了详细分析。该文方法充分利用目标阴影与能量的特征及空时信息,提升了机动目标检测的稳健性。
高精度提取合成孔径雷达(SAR)图像中的河流边界,对河流水势监测具有重要意义。以检测郑州7·20暴雨后黄河的健康状况为实施例,该文融合精致Lee滤波思想与卷积操作的滤波特性,提出了基于河道几何特性的优化内部权值卷积核Refined-Lee Kernel,进而提出了一种新型河道提取深度神经网络模型,即River-Net。为验证所提模型的有效性,该文获取了郑州7·20暴雨前后两景欧空局Sentinel-1卫星20 m分辨率干涉宽幅(IW)影像数据,利用暴雨前的影像对模型进行训练,用于提取暴雨后的黄河河道,分析黄河在暴雨后的涨势情况。实验结果表明,相比主流语义分割模型,所提模型能够更精确地在SAR图像中提取河道,对洪水灾害的检测与评估有重要应用价值。 高精度提取合成孔径雷达(SAR)图像中的河流边界,对河流水势监测具有重要意义。以检测郑州7·20暴雨后黄河的健康状况为实施例,该文融合精致Lee滤波思想与卷积操作的滤波特性,提出了基于河道几何特性的优化内部权值卷积核Refined-Lee Kernel,进而提出了一种新型河道提取深度神经网络模型,即River-Net。为验证所提模型的有效性,该文获取了郑州7·20暴雨前后两景欧空局Sentinel-1卫星20 m分辨率干涉宽幅(IW)影像数据,利用暴雨前的影像对模型进行训练,用于提取暴雨后的黄河河道,分析黄河在暴雨后的涨势情况。实验结果表明,相比主流语义分割模型,所提模型能够更精确地在SAR图像中提取河道,对洪水灾害的检测与评估有重要应用价值。
以FCOS为代表的无锚框网络避免了预设锚框带来的超参设定问题,然而其水平框的输出结果无法指示任意朝向下SAR船舶目标的精确边界和朝向。针对此问题,该文提出了一种名为FCOSR的检测算法。首先在FCOS回归分支中添加角度参量使其输出旋转框结果。其次,引入基于可形变卷积的9点特征参与船舶置信度和边界框残差值的预测来降低陆地虚警并提升边界框回归精度。最后,在训练阶段使用旋转自适应样本选择策略为每个船舶样本分配合适的正样本点,实现网络检测精度的提高。相较于FCOS以及目前已公开发表的锚框旋转检测网络,该网络在SSDD+和HRSID数据集上表现出更快的检测速率和更高的检测精度,mAP分别为91.7%和84.3%,影像切片平均检测时间仅需33 ms。 以FCOS为代表的无锚框网络避免了预设锚框带来的超参设定问题,然而其水平框的输出结果无法指示任意朝向下SAR船舶目标的精确边界和朝向。针对此问题,该文提出了一种名为FCOSR的检测算法。首先在FCOS回归分支中添加角度参量使其输出旋转框结果。其次,引入基于可形变卷积的9点特征参与船舶置信度和边界框残差值的预测来降低陆地虚警并提升边界框回归精度。最后,在训练阶段使用旋转自适应样本选择策略为每个船舶样本分配合适的正样本点,实现网络检测精度的提高。相较于FCOS以及目前已公开发表的锚框旋转检测网络,该网络在SSDD+和HRSID数据集上表现出更快的检测速率和更高的检测精度,mAP分别为91.7%和84.3%,影像切片平均检测时间仅需33 ms。
以TopSAR和ScanSAR成像模式为代表的宽幅合成孔径雷达(SAR)可以实现更大范围的海洋场景观测。但实现宽测绘带的同时降低了成像分辨率,因此宽幅SAR图像中的舰船目标缺乏清晰的结构特征,给大范围海上舰船目标识别带来了极大的挑战。同时,由于缺乏海上运动航母、两栖舰等大型关键目标的宽幅SAR样本数据,使得海上运动大型关键舰船目标识别更加困难。针对该问题,该文构建了宽幅SAR海上大型运动舰船目标数据集,共包含2291个大型舰船目标样本,类别划分为大型军事舰船,长度为≥250 m的大型民用舰船和长度为150~250 m的大型民用舰船。其构建过程为:首先,通过先验知识辅助获取港口区域大型军事舰船目标样本;其次,利用属性信息对OpenSARShip数据集进行长度筛选获取大型民用舰船目标样本;最后,在样本的距离-多普勒域添加二次相位误差进行运动仿真来模拟海上运动舰船目标的成像结果。此外,该文使用经典识别算法和深度学习方法对构建的数据集与运动仿真处理后的数据进行了识别性能分析,结果表明在低分辨率情况下采用SAR图像复数信息可以在一定程度上提高算法的识别率;并且运动舰船目标的散焦问题对识别准确率具有较大影响。 以TopSAR和ScanSAR成像模式为代表的宽幅合成孔径雷达(SAR)可以实现更大范围的海洋场景观测。但实现宽测绘带的同时降低了成像分辨率,因此宽幅SAR图像中的舰船目标缺乏清晰的结构特征,给大范围海上舰船目标识别带来了极大的挑战。同时,由于缺乏海上运动航母、两栖舰等大型关键目标的宽幅SAR样本数据,使得海上运动大型关键舰船目标识别更加困难。针对该问题,该文构建了宽幅SAR海上大型运动舰船目标数据集,共包含2291个大型舰船目标样本,类别划分为大型军事舰船,长度为≥250 m的大型民用舰船和长度为150~250 m的大型民用舰船。其构建过程为:首先,通过先验知识辅助获取港口区域大型军事舰船目标样本;其次,利用属性信息对OpenSARShip数据集进行长度筛选获取大型民用舰船目标样本;最后,在样本的距离-多普勒域添加二次相位误差进行运动仿真来模拟海上运动舰船目标的成像结果。此外,该文使用经典识别算法和深度学习方法对构建的数据集与运动仿真处理后的数据进行了识别性能分析,结果表明在低分辨率情况下采用SAR图像复数信息可以在一定程度上提高算法的识别率;并且运动舰船目标的散焦问题对识别准确率具有较大影响。
层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种先进的山区三维重建技术手段。然而,TomoSAR点云存在着较强烈的高程向定位误差,给高精度的山区三维重建带来了挑战。针对这个问题,该文提出了一种基于几何约束移动最小二乘(MLS)的高精度TomoSAR山区点云三维重建方法。该方法不仅具有传统MLS基于局部子空间思想进行复杂曲面结构拟合的优势,还可以充分地利用TomoSAR点云高程随地距单调递增的特点进行重建误差修正。首先,将点云投影到新的方位-地距-高程坐标系。然后,使用所提的基于迭代求解的几何约束MLS进行高程向定位误差修正。最后,通过投影变换得到山区三维重建结果。仿真和实测的机载阵列TomoSAR山区数据以及AW3D30 DSM数据和1:10000 DEM数据,验证了该文方法的有效性,同时表明了机载阵列TomoSAR用于山区高精度三维重建等应用的可行性和优越性。 层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种先进的山区三维重建技术手段。然而,TomoSAR点云存在着较强烈的高程向定位误差,给高精度的山区三维重建带来了挑战。针对这个问题,该文提出了一种基于几何约束移动最小二乘(MLS)的高精度TomoSAR山区点云三维重建方法。该方法不仅具有传统MLS基于局部子空间思想进行复杂曲面结构拟合的优势,还可以充分地利用TomoSAR点云高程随地距单调递增的特点进行重建误差修正。首先,将点云投影到新的方位-地距-高程坐标系。然后,使用所提的基于迭代求解的几何约束MLS进行高程向定位误差修正。最后,通过投影变换得到山区三维重建结果。仿真和实测的机载阵列TomoSAR山区数据以及AW3D30 DSM数据和1:10000 DEM数据,验证了该文方法的有效性,同时表明了机载阵列TomoSAR用于山区高精度三维重建等应用的可行性和优越性。
采用地球同步轨道(GEO)卫星作为双基合成孔径雷达(SAR)的发射站,可为低轨(LEO)接收站提供大范围、持续的波束覆盖。同时,由于收发分置的系统形态,LEO接收站可以实现下视、前视、后视等多视区成像,因此,GEO-LEO双基SAR在地球测绘、侦察监视等领域具有广阔的应用前景。为实现大幅宽成像,GEO SAR发射站的脉冲重复频率较低,而LEO SAR接收站会引入大的多普勒带宽,造成GEO-LEO双基SAR方位欠采样。通过在接收站引入多通道技术虽可抑制模糊,但是面临GEO-LEO双基SAR的严重欠采样问题,多通道无模糊重建方法所需通道数过多,不利于接收系统小型化。针对方位严重欠采样条件下的复杂观测场景无模糊成像问题,该文提出了序贯多帧-多接收通道联合重建无模糊成像方法,通过利用序贯观测场景多帧图像的相关性和多接收通道的采样信息进行联合重建,实现无模糊成像。首先将GEO-LEO双基SAR无模糊成像问题建模为张量联合低秩与稀疏优化问题,然后在交替方向乘子法迭代求解中利用多接收通道信息,实现了GEO-LEO双基SAR对复杂观测场景的无模糊成像。相比于基于传统多通道重构的成像方法,该方法可显著减少无模糊成像所需的接收通道数,仿真实验验证了该方法的有效性。 采用地球同步轨道(GEO)卫星作为双基合成孔径雷达(SAR)的发射站,可为低轨(LEO)接收站提供大范围、持续的波束覆盖。同时,由于收发分置的系统形态,LEO接收站可以实现下视、前视、后视等多视区成像,因此,GEO-LEO双基SAR在地球测绘、侦察监视等领域具有广阔的应用前景。为实现大幅宽成像,GEO SAR发射站的脉冲重复频率较低,而LEO SAR接收站会引入大的多普勒带宽,造成GEO-LEO双基SAR方位欠采样。通过在接收站引入多通道技术虽可抑制模糊,但是面临GEO-LEO双基SAR的严重欠采样问题,多通道无模糊重建方法所需通道数过多,不利于接收系统小型化。针对方位严重欠采样条件下的复杂观测场景无模糊成像问题,该文提出了序贯多帧-多接收通道联合重建无模糊成像方法,通过利用序贯观测场景多帧图像的相关性和多接收通道的采样信息进行联合重建,实现无模糊成像。首先将GEO-LEO双基SAR无模糊成像问题建模为张量联合低秩与稀疏优化问题,然后在交替方向乘子法迭代求解中利用多接收通道信息,实现了GEO-LEO双基SAR对复杂观测场景的无模糊成像。相比于基于传统多通道重构的成像方法,该方法可显著减少无模糊成像所需的接收通道数,仿真实验验证了该方法的有效性。
雷达信号处理
利用天基预警雷达实现动目标指示具有重要的军事应用价值。对于天基预警雷达,其平台高速运动及受地球自转影响导致杂波复杂非平稳性,更大的波束照射区域带来更严重的杂波非均匀性,从而导致适用于机载预警雷达的传统空时自适应处理(STAP)方法无法直接应用。针对上述问题,该文分析了天基预警雷达杂波分布特性,并构建了基于卷积神经网络(CNN)超分辨谱估计的STAP处理框架。首先,利用雷达系统和卫星轨道参数,仿真随机生成不同纬度、距离门、阵元误差、杂波起伏和地貌散射系数的回波数据集;然后,设计并调优了含5个权重层的二维CNN,实现由小样本所估低分辨杂波谱到高分辨谱的非线性映射;最后,基于高分辨空时谱构造空时滤波器实现杂波抑制和目标检测。仿真实验验证所提方法在小样本条件下可实现次最优杂波抑制性能,同时所需在线运算量远低于现有稀疏超分辨类方法,因此适用于天基预警雷达实际应用。 利用天基预警雷达实现动目标指示具有重要的军事应用价值。对于天基预警雷达,其平台高速运动及受地球自转影响导致杂波复杂非平稳性,更大的波束照射区域带来更严重的杂波非均匀性,从而导致适用于机载预警雷达的传统空时自适应处理(STAP)方法无法直接应用。针对上述问题,该文分析了天基预警雷达杂波分布特性,并构建了基于卷积神经网络(CNN)超分辨谱估计的STAP处理框架。首先,利用雷达系统和卫星轨道参数,仿真随机生成不同纬度、距离门、阵元误差、杂波起伏和地貌散射系数的回波数据集;然后,设计并调优了含5个权重层的二维CNN,实现由小样本所估低分辨杂波谱到高分辨谱的非线性映射;最后,基于高分辨空时谱构造空时滤波器实现杂波抑制和目标检测。仿真实验验证所提方法在小样本条件下可实现次最优杂波抑制性能,同时所需在线运算量远低于现有稀疏超分辨类方法,因此适用于天基预警雷达实际应用。
为了破解雷达主瓣干扰尤其是多个主副瓣干扰同时抑制的难题,该文利用目标极化散射特性在不同入射角存在差异而干扰近似相同的特点,将极化信息应用到机载双基地雷达,通过构建机载双基地极化敏感阵列来实现主副瓣干扰抑制。该方法主要通过双基地-极化分级抑制来实现。首先重构协方差矩阵遮蔽主瓣干扰来分别抑制双基地主辅雷达副瓣干扰,然后将辅雷达接收数据时域对齐后送主雷达,最后修正主辅雷达主瓣干扰导向矢量,并利用极化对消实现主瓣干扰抑制。仿真结果表明:利用双基地-极化分级抑制方法可实现多个主副瓣干扰同时抑制,大幅提升雷达系统抗干扰能力。 为了破解雷达主瓣干扰尤其是多个主副瓣干扰同时抑制的难题,该文利用目标极化散射特性在不同入射角存在差异而干扰近似相同的特点,将极化信息应用到机载双基地雷达,通过构建机载双基地极化敏感阵列来实现主副瓣干扰抑制。该方法主要通过双基地-极化分级抑制来实现。首先重构协方差矩阵遮蔽主瓣干扰来分别抑制双基地主辅雷达副瓣干扰,然后将辅雷达接收数据时域对齐后送主雷达,最后修正主辅雷达主瓣干扰导向矢量,并利用极化对消实现主瓣干扰抑制。仿真结果表明:利用双基地-极化分级抑制方法可实现多个主副瓣干扰同时抑制,大幅提升雷达系统抗干扰能力。
针对双极化气象雷达中非气象回波的滤除问题,该文提出一种基于詹森-香农散度原理的自适应移动谱去极化比(AMsDR)滤波方法。该方法根据不同方位向回波的谱去极化比分布情况,利用气象回波和杂波在距离-多普勒图上的特征差异实现气象回波的保留和杂波的滤除。与现有固定阈值的移动谱去极化比滤波器相比,AMsDR滤波方法可根据不同方位向降雨和杂波的回波差异自适应地选择滤波阈值,提高杂波抑制与降雨保留性能。 针对双极化气象雷达中非气象回波的滤除问题,该文提出一种基于詹森-香农散度原理的自适应移动谱去极化比(AMsDR)滤波方法。该方法根据不同方位向回波的谱去极化比分布情况,利用气象回波和杂波在距离-多普勒图上的特征差异实现气象回波的保留和杂波的滤除。与现有固定阈值的移动谱去极化比滤波器相比,AMsDR滤波方法可根据不同方位向降雨和杂波的回波差异自适应地选择滤波阈值,提高杂波抑制与降雨保留性能。
雷达辐射源信号分选是雷达信号侦察的关键技术之一,同时也是战场态势感知的重要环节。该文系统梳理了雷达辐射源信号分选的主流技术,从基于脉间调制特征、基于脉内调制特征、基于机器学习的雷达辐射源信号分选3个角度阐述了目前雷达辐射源信号分选工作的主要研究方向及进展,并重点阐释了基于深度神经网络、数据流聚类等最新分选技术的原理与特点。最后,对现有雷达辐射源信号分选技术的不足进行了总结并对未来趋势进行了预测。 雷达辐射源信号分选是雷达信号侦察的关键技术之一,同时也是战场态势感知的重要环节。该文系统梳理了雷达辐射源信号分选的主流技术,从基于脉间调制特征、基于脉内调制特征、基于机器学习的雷达辐射源信号分选3个角度阐述了目前雷达辐射源信号分选工作的主要研究方向及进展,并重点阐释了基于深度神经网络、数据流聚类等最新分选技术的原理与特点。最后,对现有雷达辐射源信号分选技术的不足进行了总结并对未来趋势进行了预测。
基于压缩感知的直接定位方法依赖准确的信号传播模型,当传播模型的参数部分未知时,其定位性能会显著下降。针对这个问题,该文提出了一种基于多字典联合与分层块稀疏贝叶斯框架的多辐射源直接定位方法。该文将辐射源定位问题转化为恢复对应不同字典但具有共享稀疏性的信号,通过多字典联合来解决存在信道衰减的辐射源定位问题。仿真结果表明:所提方法在低信噪比和少快拍条件下,相比稀疏贝叶斯方法和直接定位方法具有更优的定位性能。 基于压缩感知的直接定位方法依赖准确的信号传播模型,当传播模型的参数部分未知时,其定位性能会显著下降。针对这个问题,该文提出了一种基于多字典联合与分层块稀疏贝叶斯框架的多辐射源直接定位方法。该文将辐射源定位问题转化为恢复对应不同字典但具有共享稀疏性的信号,通过多字典联合来解决存在信道衰减的辐射源定位问题。仿真结果表明:所提方法在低信噪比和少快拍条件下,相比稀疏贝叶斯方法和直接定位方法具有更优的定位性能。
雷达目标跟踪
以旋翼无人机为代表的低空小目标常采用低速“走-停”策略或利用障碍物遮挡,躲避雷达追踪,对重要信息装备和战略要地进行点穴式打击或干扰。这类目标可多次消失-重返于雷达视域,称之“走-停-走”目标。若采用传统目标跟踪模型和算法处理这类目标,易导致目标身份不连续、航迹碎片化。该文在随机集理论框架下,基于标签多伯努利(LMB)滤波器,研究低空监视雷达“走-停-走”目标连续跟踪问题。为描述“走-停-走”目标多次往返于雷达视域的演化特性,首次引入第3类出生目标模型,即重生(RB)过程模型。首先,利用目标重返雷达视域前-后目标状态的空间位置和动力学参数关系,提出一种基于空域相关(SC)的RB过程;然后,基于SC-RB过程,在贝叶斯滤波框架下,设计了SC-RB-LMB滤波器算法,可实现多“走-停-走”目标连续稳健跟踪,维持航迹标签的连续性;最后,在典型低空监视场景下,通过仿真和实测数据验证了提出模型和算法的有效性和性能优势。 以旋翼无人机为代表的低空小目标常采用低速“走-停”策略或利用障碍物遮挡,躲避雷达追踪,对重要信息装备和战略要地进行点穴式打击或干扰。这类目标可多次消失-重返于雷达视域,称之“走-停-走”目标。若采用传统目标跟踪模型和算法处理这类目标,易导致目标身份不连续、航迹碎片化。该文在随机集理论框架下,基于标签多伯努利(LMB)滤波器,研究低空监视雷达“走-停-走”目标连续跟踪问题。为描述“走-停-走”目标多次往返于雷达视域的演化特性,首次引入第3类出生目标模型,即重生(RB)过程模型。首先,利用目标重返雷达视域前-后目标状态的空间位置和动力学参数关系,提出一种基于空域相关(SC)的RB过程;然后,基于SC-RB过程,在贝叶斯滤波框架下,设计了SC-RB-LMB滤波器算法,可实现多“走-停-走”目标连续稳健跟踪,维持航迹标签的连续性;最后,在典型低空监视场景下,通过仿真和实测数据验证了提出模型和算法的有效性和性能优势。
在探测能力、波形设计及天线指向等因素制约下,分布式雷达视场并非完全重合,由此造成的观测信息差异给后续信息融合带来了巨大挑战。该文基于高斯混合实现的集势概率假设密度(CPHD)滤波器,提出了一种视场部分重叠下的分布式雷达多目标跟踪方法。首先,利用多目标密度乘积切分出概率假设密度(PHD)中表征共同观测信息的部分;之后,标准的分布式融合(算术平均或几何平均融合)方法作用于切分出的共同观测目标信息以提升跟踪性能,补偿融合则作用于雷达单独观测目标信息以扩展视场范围。该文方法无须视场先验信息,能够适应雷达视场未知时的分布式融合多目标跟踪场景。仿真实验验证了所提出方法在未知、时变雷达视场下跟踪多目标的性能,表明了该文方法比基于高斯混合的聚类方法性能更好。 在探测能力、波形设计及天线指向等因素制约下,分布式雷达视场并非完全重合,由此造成的观测信息差异给后续信息融合带来了巨大挑战。该文基于高斯混合实现的集势概率假设密度(CPHD)滤波器,提出了一种视场部分重叠下的分布式雷达多目标跟踪方法。首先,利用多目标密度乘积切分出概率假设密度(PHD)中表征共同观测信息的部分;之后,标准的分布式融合(算术平均或几何平均融合)方法作用于切分出的共同观测目标信息以提升跟踪性能,补偿融合则作用于雷达单独观测目标信息以扩展视场范围。该文方法无须视场先验信息,能够适应雷达视场未知时的分布式融合多目标跟踪场景。仿真实验验证了所提出方法在未知、时变雷达视场下跟踪多目标的性能,表明了该文方法比基于高斯混合的聚类方法性能更好。
传统的多目标跟踪数据关联算法需要提前知晓目标运动模型和杂波密度等先验信息,然而这些先验信息在跟踪之前无法及时准确地获取。针对这个问题,提出一种基于Transformer网络的多目标跟踪数据关联算法。首先,考虑到传感器会存在漏检的情况,引入虚拟量测来重新建立数据关联模型。在此基础上,提出基于Transformer网络的数据关联方法来解决多目标与多量测的匹配问题。同时,设计了一种掩蔽交叉熵损失与重叠度损失相结合的损失函数(MCD)用于优化网络参数。仿真和实测数据结果表明:在不同检测概率条件下,所提算法性能均优于经典的数据关联算法和基于双向长短时记忆网络的算法。 传统的多目标跟踪数据关联算法需要提前知晓目标运动模型和杂波密度等先验信息,然而这些先验信息在跟踪之前无法及时准确地获取。针对这个问题,提出一种基于Transformer网络的多目标跟踪数据关联算法。首先,考虑到传感器会存在漏检的情况,引入虚拟量测来重新建立数据关联模型。在此基础上,提出基于Transformer网络的数据关联方法来解决多目标与多量测的匹配问题。同时,设计了一种掩蔽交叉熵损失与重叠度损失相结合的损失函数(MCD)用于优化网络参数。仿真和实测数据结果表明:在不同检测概率条件下,所提算法性能均优于经典的数据关联算法和基于双向长短时记忆网络的算法。
雷达应用技术
极地冰盖特殊的热交换属性和庞大的含水量,使其成为全球气候变化的“指示器”和“放大器”。由于特殊的地理位置及严峻的气候环境,目前对极地冰盖的立体探测及认识仍旧匮乏。穿冰雷达具备强穿透性和高精度测距能力,成为冰盖立体层析探测的最佳选择,促进了极地科学的快速发展。受制于低频电磁波跨冰冻圈层传播的复杂性和雷达作用距离的大幅增加,迄今为止,利用天基平台实现穿冰探测依然是对地遥感的空白领域。该文针对天基穿冰雷达系统的科学需求和面临的特殊问题展开讨论,分析了天基穿冰系统面临的3大问题:传输衰减、积雪杂波干扰和垂直航迹向分辨率恶化;结合现有研究成果和技术发展趋势,分析了利用微小卫星平台进行分布式编队实现天基穿冰探测的可行性,论证了分布式穿冰雷达关键指标,指出了天基穿冰雷达未来发展亟需解决的关键技术难题,探索实现百米空间分辨率、季节尺度重访的天基穿冰雷达实施方案。 极地冰盖特殊的热交换属性和庞大的含水量,使其成为全球气候变化的“指示器”和“放大器”。由于特殊的地理位置及严峻的气候环境,目前对极地冰盖的立体探测及认识仍旧匮乏。穿冰雷达具备强穿透性和高精度测距能力,成为冰盖立体层析探测的最佳选择,促进了极地科学的快速发展。受制于低频电磁波跨冰冻圈层传播的复杂性和雷达作用距离的大幅增加,迄今为止,利用天基平台实现穿冰探测依然是对地遥感的空白领域。该文针对天基穿冰雷达系统的科学需求和面临的特殊问题展开讨论,分析了天基穿冰系统面临的3大问题:传输衰减、积雪杂波干扰和垂直航迹向分辨率恶化;结合现有研究成果和技术发展趋势,分析了利用微小卫星平台进行分布式编队实现天基穿冰探测的可行性,论证了分布式穿冰雷达关键指标,指出了天基穿冰雷达未来发展亟需解决的关键技术难题,探索实现百米空间分辨率、季节尺度重访的天基穿冰雷达实施方案。
非接触式的医疗健康监测系统解决了用户依从性问题,避免了佩戴电极、传感设备进行监测带来的不舒适感,更有助于将健康监测融入日常生活。非接触式监测手段具有持续地监测用户健康状况的潜力,能够在突发急性医疗事件出现时及时示警,且能够满足新生儿、烧伤患者、传染病患者等特殊人群的监测需求。调频连续波(FMCW)雷达能够同时捕获雷达视场内目标的距离、速度信息,可用于非接触式地监测用户的心率、呼吸率等生理体征及跌倒等行为动作,且从技术上易于单片集成,成本可控,因此在医疗健康监测领域有着重要的应用价值。该文首先阐述了将FMCW雷达应用于非接触式医疗健康监测技术的理论基础,然后系统性地归纳了该领域中的典型前沿应用,最后总结了基于FMCW雷达的医疗健康应用这一领域的研究现状及局限性,并对其应用前景与潜在的研究方向进行了展望。 非接触式的医疗健康监测系统解决了用户依从性问题,避免了佩戴电极、传感设备进行监测带来的不舒适感,更有助于将健康监测融入日常生活。非接触式监测手段具有持续地监测用户健康状况的潜力,能够在突发急性医疗事件出现时及时示警,且能够满足新生儿、烧伤患者、传染病患者等特殊人群的监测需求。调频连续波(FMCW)雷达能够同时捕获雷达视场内目标的距离、速度信息,可用于非接触式地监测用户的心率、呼吸率等生理体征及跌倒等行为动作,且从技术上易于单片集成,成本可控,因此在医疗健康监测领域有着重要的应用价值。该文首先阐述了将FMCW雷达应用于非接触式医疗健康监测技术的理论基础,然后系统性地归纳了该领域中的典型前沿应用,最后总结了基于FMCW雷达的医疗健康应用这一领域的研究现状及局限性,并对其应用前景与潜在的研究方向进行了展望。