基于步进频的雷达成像算法研究

在多目标情况下,雷达接收的信号是目标各点散射的矢量叠加,高分辨率的成像可以实现各目标的分离。用于目标成像有多种算法,本文使用基于步进频的卷积-反投影算法(B-P算法)对回波信号进行处理,得到了二维的目标像,同时在增加一根接收天线的情况下,也可以获得各散射点的高度信息。仿真结果验证了该算法的有效性。     

海上舰船目标的宽带雷达散射特征信号仿真

提出一种将目标高频电磁（EM）散射计算多径回波模型与不同海况条件下粗糙海面前向复反射系数模型相结合的方法,对海上舰船目标宽带雷达回波进行仿真和分析。简要分析了目标-海面相互作用的多径回波模型,给出了目标体的电磁散射计算方法,研究了不同海况条件下海面前向复反射系数随频率和擦地角的变化特性,并通过仿真分析了海面对舰船目标雷达回波的影响。对比分析舰船目标体直接散射及在不同海况条件下考虑多径效应时的雷达散射截面（RCS）变化特性,并在不同海况条件下对目标进行二维逆合成孔径雷达（ISAR）成像仿真,验证了本文方法的有效性。     

冲激响应成像法

对旋转目标雷达回波信号频谱的分析得知,任一方向的回波频谱都是目标散射函数在此方向的一个被雷达发射信号频谱加权后的切片。根据回波频谱的这一特性,本文提出了利用目标冲激响应成像的方法,推导了成像公式与点扩展函数（由点扩展函数知,这种成像方法的成像质量仅与雷达发射信号的频带有关,而与的具体的频谱无关）。     

基于实波束扫描的相控阵雷达前视成像

实现机载或弹载雷达正前方目标区域高分辨力成像对提高着陆安全性或制导精度有着重要的意义,基于相控阵雷达(PAR)工作原理,建立前视扫描过程中的回波信号模型,对目前广泛研究的解卷积前视成像方法进行了深入分析,指出其未能有效提高方位分辨力的原因,并在此基础上提出了一种基于压缩感知理论的扫描雷达前视成像方法。该方法通过对大时宽带宽积信号的脉冲压缩获得径向高分辨,并基于场景中的强散射中心分布具有稀疏性(可压缩)这一事实,利用压缩感知最优化方法获得高的方位分辨力,仿真结果证明了所提方法的有效性,分析了基于压缩感知前视成像方法的性能。该方法同样适用于机械扫描雷达的前视成像。     

贝叶斯推理运动轨迹相干累积的动目标检测方法

雷达理论和实践都表明相干累积是机动目标探测行之有效的方法,但其性能会因脉冲回波处理间隔内未知距离和/或多普勒的徒动而降低。为解决这个问题,提出了一种贝叶斯推理运动轨迹相干累积的动目标检测方法。首先,通过对脉冲压缩回波信号的距离频率进行翻转,就可从未翻转与翻转后的回波信号相乘的傅里叶逆变换中,提取出慢时间维描述待探测多目标运动轨迹的时频信号。视该时频信号中各目标运动轨迹为状态变量,获得的时频信号为观测,建立起多目标运动轨迹的状态空间模型。这样,据贝叶斯滤波推理出的目标运动轨迹,构建出快-慢时间维联合的二维匹配滤波器,就能补偿目标高速/机动带来的未知距离和/或多普勒徒动。理论分析和仿真实验均证明：所提算法适用具有复杂且未知运动状态的目标,且呈现出了优于文献报道方法的性能。     

基于机载单天线雷达一维距离数据的地表三维信息优化重建方法

陆地的刚体表面在机载雷达的任意相对运动下具有几何不变性,基于此约束可利用雷达距离像中提取出的地面多个强散射点的一维距离数据,重建出地表的三维信息以及载机未知的运动轨迹.鉴于现有基于雷达远场假设的重建方法无法适用于具有较大近场误差的地面目标重建的问题,提出一种基于雷达近场几何模型的优化重建方法,采用非线性优化方法实现了对...     

一种能量级自然云雷达图像仿真方法

针对飞行模拟训练需求,基于自然云与电磁波束相互作用的统计特性,设计了 1种自然云雷达图像仿真方案,给出了多个关键仿真模型的实现方法。通过雷达波束的子波束划分实现雷达波束充塞系数的估算,解决了波束充塞系数计算难度大的问题,并根据云的三维模型设计了雷达回波能量计算模型。通过将三维空间的计算转化到二维平面内以获取雷达波束中心与云团交点位置及参数,以此计算雷达反射率和雷达回波的距离衰减。仿真实验表明:该方法能较好地体现云对回波的衰减效应,以及波束充塞度对远距离云回波计算的影响,具有较好的实时性。     

冲激响应成像法

对旋转目标雷达回波信号频谱的分析得知,任一方向的回波频谱都是目标散射函数在此方向的一个被雷达发射信号频谱加权后的切片。根据回波频谱的这一特性,本文提出了利用目标冲激响应成像的方法,推导了成像公式与点扩展函数(由点扩展函数知,这种成像方法的成像质量仅与雷达发射信号的频带有关,而与具体的频谱无关)。     

一种孔径和频率二维稀疏的步进频SAR成像方法

 步进频率信号(SFWs)在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下能够获得高的距离向分辨率的同时,也存在着抗干扰能力较差及其等效重复频率较低的问题,并且在方位向积累时间内由于雷达载机工作状态的变化,会导致方位向的数据录取不完整。针对上述问题,提出一种孔径和频率二维稀疏的步进频合成孔径雷达(SAR)成像方法。首先,分析了稀疏步进频率信号(SSFWs)的SAR成像模型,然后基于压缩感知理论完成距离向成像处理。其次,针对稀疏孔径的回波数据,通过构造成像算子和压缩感知重建模型的方法实现其距离徙动校正和方位压缩处理,进而获得二维成像结果。相比于传统的步进频率信号SAR成像,利用所提方法能够在少量的频率资源和雷达回波数据情况下实现准确的SAR成像。最后,通过对仿真和实测的步进频率雷达数据进行成像处理,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于CZT的机载并行双站斜视SAR成像算法

建立了机载并行双站斜视合成孔径雷达(SAR)的几何模型,给出了雷达回波的数学表达式,推导了它的二维频谱并对其特点做了分析。在二维频域内,先用聚焦函数对观测场景中心的点目标做精确成像,然后用Chirp-Z变换(CZT)校正中心点两侧目标回波的距离徙动,再通过方位向逆傅里叶变换得到了雷达图像。该算法利用了CZT能够处理非线性调频信号的特点,简化了处理过程,提高了计算效率和成像精度。仿真实验验证了这种基于CZT的新算法在处理并行双站斜视SAR数据时的有效性。     

微动目标跟踪成像一体化的雷达资源优化调度算法

相控阵雷达可以同时担负搜索、跟踪、识别与成像等多种雷达任务。为了提高雷达对战场环境的感知能力并减轻雷达资源分配的冲突,提出一种微动目标跟踪成像一体化的雷达资源优化调度算法。该算法建立了包含微动目标成像任务的雷达优化调度模型并利用启发式算法求解,利用跟踪脉冲与调度剩余的空闲时间资源,动态地构造感知矩阵并采用正交匹配追踪（OMP）算法对微动目标进行特征提取并成像。仿真结果表明：该算法可以实现稀疏孔径条件下的微动目标成像,并具有良好的鲁棒性,同时进一步提高了雷达系统的资源利用率。     

基于二维资源管理的多功能雷达任务调度算法

动态孔径分割技术为相控阵雷达针对不同任务灵活分配孔径资源提供了可能,而传统的资源调度方法仅基于单一孔径条件研究了时间资源的优化分配问题。针对雷达搜索、跟踪与成像任务的自适应调度问题,提出了一种基于时间-孔径二维资源管理的雷达资源调度算法。该算法建立了雷达孔径分割条件下的二维资源调度模型,确立了能量资源约束条件;利用基于压缩感知的稀疏孔径逆合成孔径雷达（ISAR）成像技术,使雷达在完成目标搜索和跟踪任务的同时实现对目标的成像;定义了调度算法性能的评价指标。在仿真实验中将该算法与另外2种算法进行对比,验证了所提算法在高度成功率、二维资源利用率与任务并行度这3种性能指标上具有优越性。     

Simultaneous ISAR imaging of group targets flying in formation

This paper proposes a novel inverse synthetic aperture radar(ISAR) imaging method based on second-order keystone transform(KT) and Sandglass transform for group targets flying in a formation with constant accelerated rectilinear motion in the same radar beam. First, range curvature and range walk of each sub-target among group targets are corrected by the second-order KT combined with the quadratic phase term compensation. After range alignment, the signals in each range frequency cell can be modelled as multiple chirp signals and then the Sandglass transform is utilized to cross-range imaging, which transforms the time–frequency distribution of the signals in each range frequency cell into beelines parallel to the slow time axis simultaneously. Finally, cross-range profiles of group targets in each range frequency cell are obtained via a projection of the perk of every scatterer in the two-dimensional accumulation plane onto the frequency axis. The advantage of the proposed method is that it can align range profiles of each sub-target simultaneously and image cross-range profiles directly without separating the returned signals, which simplifies the operation procedure. Simulation results are used to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

复杂目标高频区 RCS 的实时计算

提出一种在安装图形加速卡的高性能微机上实时计算复杂目标高频区雷达散射截面（RCS）的方法。该方法利用了“图形电磁计算（GRECO）”的新技术。目标用G2Catmul-om（C-R）几何样条模拟,由图形加速卡硬件完成遮挡、消隐运算,运用Phong光照模型着色渲染目标可见表面,应用物理光学（PO）、等效电流法（MEC）、物理绕射理论（PTD）及阻抗边界条件（IBC）等方法计算目标高频区雷达散射截面（RCS）.     

Separation of target rigid body and micro-doppler effects in ISAR imaging

Micro-Doppler (m-D) effect is caused by moving parts of the radar target. It can cover rigid parts of a target and degrade the inverse synthetic aperture radar (ISAR) image. Separation of the patterns caused by stationary parts of the target from those caused by moving (rotating or vibrating) parts is the topic of this paper. Two techniques for separation of the rigid part from the rotating parts have been proposed. The first technique is based on time-frequency (TF) representation with sliding window and order statistics techniques. The first step in this technique is recognition of rigid parts in the range/cross-range plane. In the second step, reviewed TF representation and order statistics setup are employed to obtain signals caused by moving parts. The second technique can be applied in the case of very emphatic m-D effect. In the first step the rotating parts are recognized, based on the inverse Radon transform (RT). After masking these patterns, a radar image with the rigid body reflection can be obtained. The proposed methods are illustrated by examples     

超分辨距离-多普勒成像的动态优化方法

提出了超分辨距离多普勒成像的动态优化方法,基本思想是利用正则化图像重建方法及动态优化算法求出雷达目标反射率的最小二乘估计。还利用FFT大大提高了动态优化算法的计算效率。用B-52飞机缩比金属模型微波暗室转台实验数据和Boeing-727飞机外场实测数据进行成像的初步结果表明,采用超分辨成像方法可以获得更高的图像分辨力;或用较小的信号带宽和成像总转角,可以获得相同质量的图像。进一步研究发现,如果能充分利用成像区域中更多的先验信息,动态优化方法可望能提供更好的分辨性能。     

非合作目标动态RCS仿真方法

针对非合作目标难以开展动态测量的问题,根据空气动力学原理提出了一种非合作目标动态雷达散射截面（RCS）仿真方法。该方法首先建立测量背景下典型飞行航路模型,然后计算雷达视线在机体坐标系上的时变姿态角。根据姿态角开展电磁计算,获得F-117A隐身攻击机在侧站平飞、背站拉起、对站俯冲、侧站盘旋4种航路下的动态RCS数据。着重分析了动、静态RCS特性在起伏目标检测性能评估上的差异。结果表明：静态RCS特性难以反映目标运动时真实的雷达特性,利用静态数据描述目标特性可能导致错误结论,而文中方法获取的动态RCS数据可以提高结论的完整性和可信度。     

基于DRFM的高分辨雷达扩展目标回波仿真技术

介绍了一种基于DRFM的高分辨雷达扩展目标回波信号仿真方法,该方法将舰船等复杂目标视为扩展目标,其雷达回波信号可以看作扩展目标各散射中心产生的回波信号的叠加。应用该技术产生的模拟目标回波信号和假目标干扰信号,由于携带雷达发射信号和照射目标特征信息,能顺利进入末制导雷达接收机,仿真效果优于一般常规仿真技术。