2012年  1卷  第3期

综述
摘要:
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)天线方向图不确定性是影响SAR 辐射精度的主要误差源,天线方向图在轨测量技术是星载SAR 定标的关键技术之一。该文综述了星载SAR 天线方向图在轨测量技术发展历程,分析了技术发展趋势,并对现有的在轨测量技术进行了分析比较,将为星载SAR 天线方向图在轨测试方案的设计提供重要参考。 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)天线方向图不确定性是影响SAR 辐射精度的主要误差源,天线方向图在轨测量技术是星载SAR 定标的关键技术之一。该文综述了星载SAR 天线方向图在轨测量技术发展历程,分析了技术发展趋势,并对现有的在轨测量技术进行了分析比较,将为星载SAR 天线方向图在轨测试方案的设计提供重要参考。
论文
摘要:
WiFi (Wireless Fidelity)信号具有覆盖范围广、带宽大等优点,利用其作为外辐射源进行探测可达到较高的距离与多普勒分辨率。该文分析了典型WiFi 信号的结构,建立了描述信号的数学模型,并针对双基地外辐射源雷达应用,探讨了典型WiFi 信号结构与其模糊函数特性的关系。同时根据模糊函数副峰出现的时频及幅度特征,结合信号构成分析了其产生机理,并提出了一种基于直达波提纯的副峰抑制方法,从而可避免副峰干扰在目标探测中带来的虚警。仿真结果表明了该信号分析与处理方法的有效性。 WiFi (Wireless Fidelity)信号具有覆盖范围广、带宽大等优点,利用其作为外辐射源进行探测可达到较高的距离与多普勒分辨率。该文分析了典型WiFi 信号的结构,建立了描述信号的数学模型,并针对双基地外辐射源雷达应用,探讨了典型WiFi 信号结构与其模糊函数特性的关系。同时根据模糊函数副峰出现的时频及幅度特征,结合信号构成分析了其产生机理,并提出了一种基于直达波提纯的副峰抑制方法,从而可避免副峰干扰在目标探测中带来的虚警。仿真结果表明了该信号分析与处理方法的有效性。
摘要:
针对线性调频超宽带雷达动目标存在的距离-多普勒耦合以及多普勒色散对测速的影响,该文采用了频率-多普勒平面的2 维映射方法。首先将接收的脉冲串回波,通过快-慢时间的2 维傅里叶变换获得相应的频率-多普勒2 维平面。然后,利用2 维映射处理,将超宽带信号映射为窄带信号,实现多普勒域能量的聚焦。最后,根据映射后的窄带信号对应的多普勒频率获得目标径向速度。该方法不但有效地解决了超宽带雷达多普勒色散对测速的影响,而且规避了由于目标沿距离维的走动引起的慢时间域不能有效的能量积累。通过速度估计值,进行运动补偿后可获得目标距离像。此外,根据相关条件,进一步推导了速度适应范围。仿真实验结果验证了该方法的有效性。 针对线性调频超宽带雷达动目标存在的距离-多普勒耦合以及多普勒色散对测速的影响,该文采用了频率-多普勒平面的2 维映射方法。首先将接收的脉冲串回波,通过快-慢时间的2 维傅里叶变换获得相应的频率-多普勒2 维平面。然后,利用2 维映射处理,将超宽带信号映射为窄带信号,实现多普勒域能量的聚焦。最后,根据映射后的窄带信号对应的多普勒频率获得目标径向速度。该方法不但有效地解决了超宽带雷达多普勒色散对测速的影响,而且规避了由于目标沿距离维的走动引起的慢时间域不能有效的能量积累。通过速度估计值,进行运动补偿后可获得目标距离像。此外,根据相关条件,进一步推导了速度适应范围。仿真实验结果验证了该方法的有效性。
摘要:
多模型(Multiple Model, MM)概率假设密度(Probability Hypothesis Density, PHD)滤波器能同时估计机动目标个数及状态,但其序贯蒙特卡罗(Sequential Monte Carlo, SMC)实现运用粒子聚类算法提取目标状态,不仅引入额外计算量,且可能导致目标丢失。针对这一问题,该文提出一种基于多模型的势平衡无偏多目标多伯努利(Multiple Model Cardinality Balanced Multiple target Multi-Bernoulli, MM-CBMeMBer)滤波器,在每次扫描杂波数低于20,检测概率大于0.9 的环境中,该方法利用一组伯努利参数近似机动目标状态的后验概率,并通过对伯努利参数的简单运算估计出目标状态,有效地避免了常规聚类算法。仿真结果表明,该方法与多模型概率假设密度滤波器相比,表征估计误差的最优子模型分配距离明显降低。 多模型(Multiple Model, MM)概率假设密度(Probability Hypothesis Density, PHD)滤波器能同时估计机动目标个数及状态,但其序贯蒙特卡罗(Sequential Monte Carlo, SMC)实现运用粒子聚类算法提取目标状态,不仅引入额外计算量,且可能导致目标丢失。针对这一问题,该文提出一种基于多模型的势平衡无偏多目标多伯努利(Multiple Model Cardinality Balanced Multiple target Multi-Bernoulli, MM-CBMeMBer)滤波器,在每次扫描杂波数低于20,检测概率大于0.9 的环境中,该方法利用一组伯努利参数近似机动目标状态的后验概率,并通过对伯努利参数的简单运算估计出目标状态,有效地避免了常规聚类算法。仿真结果表明,该方法与多模型概率假设密度滤波器相比,表征估计误差的最优子模型分配距离明显降低。
摘要:
欺骗干扰基于很小功率就可实现对MIMO 雷达的有效干扰。为抑制欺骗干扰,该文提出了一种基于信号捷变、数据融合和假目标陷波滤波的抗干扰方法。多个发射信号间相互正交,每次发射信号前,每个接收机在信号集中选择一个发射信号,接收机接收所有信号的回波,然后基于恒虚警率的方法进行检测。在不同回波图像中检测到的目标,通过融合鉴别真假,使用陷波滤波器挖掉假目标,然后进行新一轮的检测和数据融合,经过多轮检测、融合和陷波滤波,虚假目标全部被剔除,真实目标得以保留,干扰影响完全被消除。仿真证明该方法可完全抑制MIMO 雷达受到的欺骗干扰。 欺骗干扰基于很小功率就可实现对MIMO 雷达的有效干扰。为抑制欺骗干扰,该文提出了一种基于信号捷变、数据融合和假目标陷波滤波的抗干扰方法。多个发射信号间相互正交,每次发射信号前,每个接收机在信号集中选择一个发射信号,接收机接收所有信号的回波,然后基于恒虚警率的方法进行检测。在不同回波图像中检测到的目标,通过融合鉴别真假,使用陷波滤波器挖掉假目标,然后进行新一轮的检测和数据融合,经过多轮检测、融合和陷波滤波,虚假目标全部被剔除,真实目标得以保留,干扰影响完全被消除。仿真证明该方法可完全抑制MIMO 雷达受到的欺骗干扰。
摘要:
针对无源侦察系统的实时性应用需求,该文提出了一种基于功率聚焦的宽带阵列信号检测算法。利用均匀线阵接收信号的相位变化信息,通过改进的二重FFT 算法将各阵元接收信号的功率聚焦到信号到达角 (DirectionOf Arrival, DOA)。在此基础上,推导了聚焦后各角度上噪声数据的概率密度函数,构造了具有恒虚警特性的检验统计量和相应的检测门限,并推导了不同虚警率和信噪比条件下的理论检测概率。该算法聚焦过程计算复杂度较小,检测过程不依赖于信号先验信息,检测结果还可为后续的精确角度测量提供初值。仿真实验表明,该算法对弱信号具有较好的检测效果。 针对无源侦察系统的实时性应用需求,该文提出了一种基于功率聚焦的宽带阵列信号检测算法。利用均匀线阵接收信号的相位变化信息,通过改进的二重FFT 算法将各阵元接收信号的功率聚焦到信号到达角 (DirectionOf Arrival, DOA)。在此基础上,推导了聚焦后各角度上噪声数据的概率密度函数,构造了具有恒虚警特性的检验统计量和相应的检测门限,并推导了不同虚警率和信噪比条件下的理论检测概率。该算法聚焦过程计算复杂度较小,检测过程不依赖于信号先验信息,检测结果还可为后续的精确角度测量提供初值。仿真实验表明,该算法对弱信号具有较好的检测效果。
摘要:
辐射源的定位精度是无源被动定位系统重要的性能指标,如何提高定位精度也是一直被关注的重点问题。在三星时差定位系统中,由于时差的测量精度有限,单脉冲时差定位的精度受到限制。为了提高辐射源定位精度,该文提出一种多时差联合定位方法,即综合利用多个脉冲的时差进行定位。该方法首先计算每个脉冲到达时刻的三星位置,然后联立所有脉冲的时差方程及地球方程,利用非线性最小二乘方法估计辐射源的位置。仿真结果表明该方法能够提高辐射源的定位精度,是一种定位精度比较高的、稳定而有效的定位方法。 辐射源的定位精度是无源被动定位系统重要的性能指标,如何提高定位精度也是一直被关注的重点问题。在三星时差定位系统中,由于时差的测量精度有限,单脉冲时差定位的精度受到限制。为了提高辐射源定位精度,该文提出一种多时差联合定位方法,即综合利用多个脉冲的时差进行定位。该方法首先计算每个脉冲到达时刻的三星位置,然后联立所有脉冲的时差方程及地球方程,利用非线性最小二乘方法估计辐射源的位置。仿真结果表明该方法能够提高辐射源的定位精度,是一种定位精度比较高的、稳定而有效的定位方法。
摘要:
旁瓣抑制是线性调频脉压雷达接收机的重要组成部分,而移频干扰是运用线性调频信号时延和频移的耦合特性,实现欺骗干扰的重要方法。对此,该文运用频偏比和时延比描述了旁瓣抑制下线性调频信号的互模糊函数的归一化表达式。并在此基础上,重点分析了3:1 锥比加权、海明加权、余弦平方加权3 类常见旁瓣抑制对移频干扰的影响,与无加权相比,其与检测相关的加权频偏信干比损失和加权频偏干噪比损失呈现M 函数特征,峰值出现在频偏比取值为0.29 时|而对加权频偏脉宽比的影响,往往取决于无频偏时与无加权情况下的比值。 旁瓣抑制是线性调频脉压雷达接收机的重要组成部分,而移频干扰是运用线性调频信号时延和频移的耦合特性,实现欺骗干扰的重要方法。对此,该文运用频偏比和时延比描述了旁瓣抑制下线性调频信号的互模糊函数的归一化表达式。并在此基础上,重点分析了3:1 锥比加权、海明加权、余弦平方加权3 类常见旁瓣抑制对移频干扰的影响,与无加权相比,其与检测相关的加权频偏信干比损失和加权频偏干噪比损失呈现M 函数特征,峰值出现在频偏比取值为0.29 时|而对加权频偏脉宽比的影响,往往取决于无频偏时与无加权情况下的比值。
摘要:
该文采用电磁波反射、透射和传输线理论,建立了分析磁性平板功率传输系数和计算插入相位移的方法,给出了消除退极化现象天线罩材料电磁参数必须满足的数学公式。计算和分析了单层和典型A 夹层结构天线罩在电介质材料和磁性材料两种情况下表现出的传输特性,结果表明,磁介质平板材料电磁参数满足r = r (复介电常数等于复磁导率)时,可以避免退极化现象,功率传输系数优于对应的电介质平板,插入相位移变化更为平缓,表现出了最佳的传输特性。最后,利用商业软件HFSS 进一步验证了上述结论的正确性和该方法的有效性。 该文采用电磁波反射、透射和传输线理论,建立了分析磁性平板功率传输系数和计算插入相位移的方法,给出了消除退极化现象天线罩材料电磁参数必须满足的数学公式。计算和分析了单层和典型A 夹层结构天线罩在电介质材料和磁性材料两种情况下表现出的传输特性,结果表明,磁介质平板材料电磁参数满足r = r (复介电常数等于复磁导率)时,可以避免退极化现象,功率传输系数优于对应的电介质平板,插入相位移变化更为平缓,表现出了最佳的传输特性。最后,利用商业软件HFSS 进一步验证了上述结论的正确性和该方法的有效性。
摘要:
该文针对大瞬时带宽的宽带雷达回波信号中频直接采样需要解决的采样速率和高速海量数据实时连续存储等问题,首先根据带通信号无混叠采样条件确定了系统的采样速率,并依此提出了数字正交解调、缓存与高速实时无丢失存储等方案并进行了设计与实现。研制的中频信号高速采集实时存储系统基于机架服务器平台,采用QDRII SRAM 作为缓存,以PCIe 接口为数据传输通道。系统在某相控阵雷达实验平台中得到应用,通过外场实测,性能良好,为宽带雷达回波中频直接采集提供一种可行的实现方法。 该文针对大瞬时带宽的宽带雷达回波信号中频直接采样需要解决的采样速率和高速海量数据实时连续存储等问题,首先根据带通信号无混叠采样条件确定了系统的采样速率,并依此提出了数字正交解调、缓存与高速实时无丢失存储等方案并进行了设计与实现。研制的中频信号高速采集实时存储系统基于机架服务器平台,采用QDRII SRAM 作为缓存,以PCIe 接口为数据传输通道。系统在某相控阵雷达实验平台中得到应用,通过外场实测,性能良好,为宽带雷达回波中频直接采集提供一种可行的实现方法。
SAR专题论文
摘要:
针对稀疏孔径下的大尺寸目标ISAR 成像,该文提出了一种新的成像方法,该方法在距离频域进行方位向压缩,避免了散射点越距离单元徙动的影响|引入压缩感知替代FFT 对稀疏孔径数据进行方位压缩,通过构造随距离频率变化的基空间,消除了距离频率和方位时间之间的耦合,同时降低了方位向的峰值旁瓣比,获得了清晰的目标图像。计算机仿真结果验证了该算法的有效性。 针对稀疏孔径下的大尺寸目标ISAR 成像,该文提出了一种新的成像方法,该方法在距离频域进行方位向压缩,避免了散射点越距离单元徙动的影响|引入压缩感知替代FFT 对稀疏孔径数据进行方位压缩,通过构造随距离频率变化的基空间,消除了距离频率和方位时间之间的耦合,同时降低了方位向的峰值旁瓣比,获得了清晰的目标图像。计算机仿真结果验证了该算法的有效性。
摘要:
像素相关性(Pixel Relativity, PR)测量是权重平均相干斑抑制算法中的关键技术,该文从3 个方面对SAR图像中的PR 模型进行了研究。首先,该文论述了比值PR 模型的合理性,提出了两种新的比值PR 模型(对数高斯模型与像素相似概率模型),并将SAR 图像概率密度函数与比值概率密度函数转化为比值PR 模型|然后,为了对4 种PR 模型应用于相干斑抑制的性能进行比较,设计了基于PR 的权重最大似然滤波器|最后,针对相关性最大值位置不为1 的PR 模型存在的辐射保持能力差的问题,提出了模型最大值位置校正的方法。理论分析与实验表明了提出模型及最大值位置校正方法的有效性。 像素相关性(Pixel Relativity, PR)测量是权重平均相干斑抑制算法中的关键技术,该文从3 个方面对SAR图像中的PR 模型进行了研究。首先,该文论述了比值PR 模型的合理性,提出了两种新的比值PR 模型(对数高斯模型与像素相似概率模型),并将SAR 图像概率密度函数与比值概率密度函数转化为比值PR 模型|然后,为了对4 种PR 模型应用于相干斑抑制的性能进行比较,设计了基于PR 的权重最大似然滤波器|最后,针对相关性最大值位置不为1 的PR 模型存在的辐射保持能力差的问题,提出了模型最大值位置校正的方法。理论分析与实验表明了提出模型及最大值位置校正方法的有效性。
摘要:
时域算法具有精确成像和易于运动补偿等突出优点,在超宽带合成孔径雷达(Ultra Wide Band Synthetic Aperture Radar, UWB SAR)成像领域应用前景广阔。当使用时域成像算法对起伏地形成像时,可引入平地假设来简化成像几何模型,但平地假设会引入几何误差,进而影响成像质量。该文研究了平地假设对时域算法成像质量的影响,指出其影响在直线孔径条件下表现为位置偏移,在非直线孔径条件下还将造成目标散焦。同时推导得到了目标位置偏移量的表达式,给出了目标聚焦时非直线孔径最大偏移和地表高程起伏程度应满足的定量条件。最后采用时域算法中的后向投影(Back Projection, BP)算法处理仿真数据,处理结果验证了该文相关结论。 时域算法具有精确成像和易于运动补偿等突出优点,在超宽带合成孔径雷达(Ultra Wide Band Synthetic Aperture Radar, UWB SAR)成像领域应用前景广阔。当使用时域成像算法对起伏地形成像时,可引入平地假设来简化成像几何模型,但平地假设会引入几何误差,进而影响成像质量。该文研究了平地假设对时域算法成像质量的影响,指出其影响在直线孔径条件下表现为位置偏移,在非直线孔径条件下还将造成目标散焦。同时推导得到了目标位置偏移量的表达式,给出了目标聚焦时非直线孔径最大偏移和地表高程起伏程度应满足的定量条件。最后采用时域算法中的后向投影(Back Projection, BP)算法处理仿真数据,处理结果验证了该文相关结论。
摘要:
针对地球同步轨道圆迹SAR (Geosynchronous Circular SAR, GEOCSAR)具有平台轨道高、斜椭圆形空间轨迹和椭球面成像区域等特点,需建立新的理论分析模型对其分辨特性进行评估。该文从建立观测目标与SAR平台的空间几何关系出发,推导出目标点与场景中心对应的斜距差与圆迹方位角的函数关系,进而给出3 维点扩展函数表达式,并得出分辨函数受sinc 函数和贝塞尔函数共同影响的结论。然后重点分析了3 维分辨特性随地理位置、信号带宽、圆迹半径和孔径大小的变化规律,最后通过信号仿真实验进一步对理论建模进行了验证。 针对地球同步轨道圆迹SAR (Geosynchronous Circular SAR, GEOCSAR)具有平台轨道高、斜椭圆形空间轨迹和椭球面成像区域等特点,需建立新的理论分析模型对其分辨特性进行评估。该文从建立观测目标与SAR平台的空间几何关系出发,推导出目标点与场景中心对应的斜距差与圆迹方位角的函数关系,进而给出3 维点扩展函数表达式,并得出分辨函数受sinc 函数和贝塞尔函数共同影响的结论。然后重点分析了3 维分辨特性随地理位置、信号带宽、圆迹半径和孔径大小的变化规律,最后通过信号仿真实验进一步对理论建模进行了验证。
摘要:
单发双收极化SAR 系统只接收两个通道数据,使得极化定标可用的先验信息减少|同时由于这类系统收发极化方式的多样性(包括多种收发极化组合的双极化和简缩极化模式),目前还没有通用的定标算法。对此,该文提出了一种新的通用极化定标算法,可以广泛应用于多种收发极化组合的单发双收SAR 系统。该算法利用常见的三面角、0 二面角与45 二面角作为理想点目标,无需对目标场景和系统作假设,可以直接估计系统的发射端和接收端失真项。该文理论推导了定标算法的求解过程,仿真分析了定标器误差对失真参数估计的影响,通过点目标的定标结果和极化特征图验证了该通用定标算法的有效性。 单发双收极化SAR 系统只接收两个通道数据,使得极化定标可用的先验信息减少|同时由于这类系统收发极化方式的多样性(包括多种收发极化组合的双极化和简缩极化模式),目前还没有通用的定标算法。对此,该文提出了一种新的通用极化定标算法,可以广泛应用于多种收发极化组合的单发双收SAR 系统。该算法利用常见的三面角、0 二面角与45 二面角作为理想点目标,无需对目标场景和系统作假设,可以直接估计系统的发射端和接收端失真项。该文理论推导了定标算法的求解过程,仿真分析了定标器误差对失真参数估计的影响,通过点目标的定标结果和极化特征图验证了该通用定标算法的有效性。