大斜视FMCW-SAR波数域成像算法研究

结合FMCW(调频连续波)技术,可有效降低SAR(合成孔径雷达)的质量、成本,同时保证合成孔径雷达成像的二维高分辨率优势。针对大斜视工作模式下的FMCW-SAR成像,推导了FMCW-SAR的信号模型和波数域解析表达,分析了FMCW-SAR信号的多普勒特性,提出一种FMCW-SAR波数域成像算法。算法首先对多普勒偏移相位进行补偿,然后通过插值实现距离徙动的校正,最后进行二维逆傅里叶变换得到高精度成像结果。该方法可以在大斜视条件下获得理想的聚集成像性能,仿真实验对此进行了验证。     

基于脉组间频率步进的合成超宽带距离像及速度分析

 对脉组间频率步进信号进行信号处理可直接获得合成超宽带(UWB)距离像及目标速度信息,但由于多普勒色散引入的快速傅里叶变换(FFT)输出失配误差和距离多普勒耦合,导致距离像的失真。介绍消除多普勒色散的影响的方法,分析且补偿距离多普勒耦合对距离像的影响,进一步讨论由测速误差产生的补偿量化误差对距离像的影响,并推导由此导致的距离走动公式。提出的迭代二分逼近法使速度分辨提高 N 倍( N 为脉组个数),从而得到目标真实高分辨距离像。仿真实验结果表明多普勒色散得到消除且 N 的选取更加灵活。     

利用脉组间频率步进信号合成UWB距离像及类MUSIC法对速度的高分辨估计(英文)

提出一种称为类多信号分类(CMUSIC)的方法,其利用脉组间频率步进信号,在具有M个脉冲的脉冲串(子带,即窄带)中高分辨估计径向速度。利用此速度估计值补偿距离-多普勒耦合和多普勒色散后,对跨子带进行快速傅里叶变换则可获得合成超宽带高分辨距离像。和其他方法相比,CMUSIC在低信噪比时具有较好的速度估计性能。当M大于具有不同径向速度的目标个数Q时,该方法在小M值下依然有优越的速度估计性能。此外,经过径向速度解模糊后,该方法适应高径向速度运动的目标。随着国防技术的突飞猛进地发展以及高速先进飞行器的涌现,这具有重要的实际价值。仿真结果验证了该方法的可行及有效性。     

基于FFT含有饱和环节的非线性等效系统的方法研究

基于快速傅里叶变换(FFT)方法,对系统的输入和输出信号进行快速傅里叶变换,对含有高次谐波的输出信号进行滤波,得到期望主频率的傅里叶频谱,然后进行傅里叶反变换,求得在各主频率下的幅值和相位.利用MATLAB中的非线性最小二乘拟配方法得到含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的频域等效线性模型.这种方法也为含有非线性环节的飞机纵向飞行控制系统的飞行品质评估提供了一种可行的方法.     

基于多普勒变化率的机载单站短基线测距方法

已有的分析表明,通过对多普勒频移变化率方程的近似处理即能实现仅基于多普勒频移测量的机载单站测距。在此基础上,本文进一步研究了在机载单站探测平台上,利用一个短基线二单元阵列实现实时测算载机与目标间径向距离的方法,其中所需解决的最主要问题是对时差值的测算。研究表明,只需将路程差看成是基线长度的投影,并等效成是在径向方向上载机以径向速度移动所产生的,即能获得可使测距结果和理论值相吻合的时差值。     

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。     

应用PIV技术测量二维瞬时流场

本文应用ＰＩＶ技术对循环水槽中两种工况下进行了二维瞬时流场测量。在双脉冲激光片光源照射的平面流场中,得到了清的粒子位移照片,采用杨氏条纹法精确的测量了整个二维瞬时流场。本文还采用粒子像模拟技术,用几种图像处理方法：傅里叶变换法,空间自相关法和位移距离概率统计法分别进行处理,得到了相同的结果。     

一种基于二维傅里叶变换的数字水印算法

数字水印技术是信息隐藏的重要应用，广泛应用于数字媒体的版权保护，有很大的发展前景。介绍了一种基于二维离散傅里叶变换的数字水印算法，并得到了较好的鲁棒性和不可见性。     

无人飞行器集群仅测距初始相对位姿确定方法研究CSCD

针对全球导航卫星系统(GNSS)拒止环境下无人飞行器集群成员间的相对定位问题,研究了一种基于机载惯性测量单元(IMU)、气压高度计与数据链测距组合的初始相对位姿求解算法。首先,在高度计稳定输出较为精确的高度信息的前提下,将飞行器的三维运动解耦成二维水平运动,给出了三维加速度和角速度、测距信息的水平坐标系投影等效模型。在此基础上,以待求量相对位置和航向角的非线性形式构造了新的待求状态量,并将相对位置和航向角的非线性求解问题转化成了新状态量的线性模型最小二乘求解问题。然后,通过引入递推最小二乘算法(RLS),建立了该相对位姿求解算法的实时输出递推形式,有效降低了机载在线计算的负载。接着,对所提算法进行了可观测性分析,并给出了使系统状态量不可观测的几种相对运动形式。最后,对所提算法进行了数值仿真实验,仿真结果表明,该算法能够有效、快速求解初始相对位姿,位置误差在初始相对距离的10%以内,航向角误差在初始相对角度的1%以内。     

Chirp脉冲的分数阶傅里叶域测距

为了扩展利用Chirp脉冲测距的灵活性和适用性,基于分数阶傅里叶变换特点,提出了一种运算量更小且更具扩展性的Chirp脉冲测距新方法,并导出了其离散距离估计子的解析表达式。分析了该距离估计子的离散精度和多目标分辨力,考察了多普勒频移所引起的测距误差,并对比了本文方法与脉冲压缩方法的主要性能参数。研究结果表明:本文方法在大时宽带宽积条件下具有与脉冲压缩方法相比拟的性能,且运算量约减少一半。最后,仿真验证了理论推导的正确性。     

月球探测器天文测角/单程无线电时间差分测距/差分测速导航方法

月球探测器高精度导航技术是确保月球探测任务顺利实施的关键技术之一。当前,大多数月球探测器都是利用地面无线电进行导航和控制,但存在可测控弧段短、易受干扰等局限性,且对于月球背面探测,存在无法直接测控的不足。针对上述问题,提出了一种新的基于天文测角/单程无线电差分测距/差分测速的月球探测器组合导航方法。该方法使用了天文星光角距、探测器接收到的来自地面站或中继星的单程无线电时间差分测距和时间差分多普勒测速3种量测信息,可有效抑制星上时钟和频谱仪的时间和频率测量误差。收敛后的平均位置和速度估计误差分别为902.7 m和0.12 m/s,最大的位置和速度估计误差分别为1 548.2 m和0.24 m/s。仿真分析结果表明该方法具有较高自主导航精度。     

Use of the radial velocity measurement in target tracking

A new sequential filtering algorithm that incorporates the radial velocity measurement into a Kalman filter, in the presence of correlated range and radial velocity measurement errors, is presented. An analysis is given concerning its asymptotic behavior on the basis of analysis of its stochastic controllability and observability. The simulation results verify the analysis and show that the new algorithm is superior to the conventional extended Kalman filter (EKF) and close to an ideal filter.     

基于模糊核均值聚类优化的光流测速方法CSCD

光流算法作为一种载体速度测量方法,易受光照变化、物体相对移动影响,最终导致速度信息获取不准确。为了提高载体运动速度解算精度,提出了一种基于模糊核均值聚类算法优化的金字塔Lucas-Kanade光流测速方法(FKCM-金字塔LK)。该方法首先通过金字塔LK光流算法得到稀疏光流,然后使用模糊核均值聚类算法对稀疏光流数据进行聚类处理,最终建立光流与实验平台运动参数之间的关系,并得到准确的速度信息。实验结果表明,提出的基于模糊核均值聚类算法优化的金字塔LK光流测速方法不仅可以有效地减少物体相对移动对光流测速的影响,而且与现有其他光流测速方法相比,速度测量精度得到显著提高。     

日地L2点航天器编队的分布式自主相对导航

为了实现航天器编队在日地L2点轨道的高精度相对导航,设计了一种分布式的自主导航方法。首先通过信息交互形成局部的测量构型,每颗卫星只基于邻居间的测量进行状态估计,降低了状态维数和计算量;然后根据相互估计的结果进行信息融合,提升估计的精度。在此基础上,对仿真结果进行了定量分析,给出了影响最终估计误差的主要因素测距精度、测量点间的基线与导航精度间的经验公式。在数值仿真中,所提方法达到了厘米量级定位精度和毫米每秒的测速精度。仿真结果表明：该方法有效,且对工程应用具有一定的参考价值。     

双视线测量相对导航方法误差分析与编队设计

空间非合作目标的相对导航是在轨维护和近距离监视任务中的关键技术,目前的研究表明仅有视线测量条件下中距离相对导航沿距离方向的观测度较差,而基于双视线测量的相对导航方法可以有效解决该问题。为此,研究了两个追踪航天器所组成的编队,在双视线测量条件下进行自主相对导航的方法。首先,详细地介绍了双视线测量相对导航方案的构成以及具体的导航算法;其次,根据两个追踪航天器与目标航天器的几何构型,推导双视线测量方法中的误差传递规律,并分析其中的影响因素;然后,对两个追踪航天器的编队构型进行设计,并分析编队构型对该方法导航性能的影响;最后,通过数值仿真对上述相关的结论进行验证。     

A Tracking Filter in Spherical Coordinates Enhanced by De-noising of Converted Doppler Measurements

Tracking problem in spherical coordinates with range rate (Doppler) measurements, which would have errors correlated to the range measurement errors, is investigated in this paper. The converted Doppler measurements, constructed by the product of the Doppler measurements and range measurements, are used to replace the original Doppler measurements. A de-noising method based on an unbiased Kalman filter (KF) is proposed to reduce the converted Doppler measurement errors before updating the target states for the constant velocity (CV) model. The states from the de-noising filter are then combined with the Cartesian states from the converted measurement Kalman filter (CMKF) to produce final state estimates. The nonlinearity of the de-noising filter states are handled by expanding them around the Cartesian states from the CMKF in a Taylor series up to the second order term. In the mean time, the correlation between the two filters caused by the common range measurements is handled by a minimum mean squared error (MMSE) estimation-based method. These result in a new tracking filter, CMDN-EKF2. Monte Carlo simulations demonstrate that the proposed tracking filter can provide efficient and robust performance with a modest computational cost.     

地火转移轨道误差分析与第1次中途修正计算

针对地火转移过程中出现的各种误差,基于地火转移轨道的误差传递矩阵分析误差发散的性质,在此基础上讨论如何选取轨道中途修正的时机,并基于该矩阵对地火转移轨道第一次中途轨道修正的速度增量进行估算。与微分修正方法的严格计算结果的比较表明,基于该方法定性研究地火转移轨道第1次中途修正速度增量变化和选取合适的轨道机动时机是可行的。使用蒙特卡洛数值模拟对上述方法和微分修正方法进行计算和比较,结果表明,第1次中途修正速度增量大小差异不超过1.2m/s,相对误差不超过6%。在轨道控制精度大约为1m/s的情况下使用该方法代替微分修正方法进行计算,可以节省大量的计算时间。     

Angular velocity determination of spinning solar sails using only a sun sensor

The direction of the sun is the easiest and most reliable observation vector for a solar sail running in deep space exploration. This paper presents a new method using only raw measurements of the sun direction vector to estimate angular velocity for a spinning solar sail. In cases with a con-stant spin angular velocity, the estimation equation is formed based on the kinematic model for the apparent motion of the sun direction vector;the least-squares solution is then easily calculated. A performance criterion is defined and used to analyze estimation accuracy. In cases with a variable spin angular velocity, the estimation equation is developed based on the kinematic model for the apparent motion of the sun direction vector and the attitude dynamics equation. Simulation results show that the proposed method can quickly yield high-precision angular velocity estimates that are insensitive to certain measurement noises and modeling errors.     

基于相对导航的多平台INS误差联合修正方法

在机群协同编队飞行中,编队成员仅装载惯性导航系统(INS)的方式具有隐蔽、抗干扰等明显的优势,但随着航时的增加,INS误差将不断累积.使导航系统失效,为此,提出基于相对导航的多平台INS误差联合修正方法.首先,建立了编队成员相对导航运动模型及非线性观测模型,采用量测重构技术构造了伪线性观测模型并推导了观测噪声协方差矩阵...     

一种基于径向加速度的Singer-EKF机动目标跟踪算法

针对雷达均不能提供目标加速度信息,在目标机动时会出现跟踪精度差甚至跟踪发散的问题,提出一种基于径向加速度的Singer-EKF算法。该算法在信号处理阶段利用Radon-Ambiguity变换（RAT）估计出目标的径向加速度,并通过坐标转换将其引入量测向量中,然后采用基于Singer模型的扩展卡尔曼滤波（EKF）算法实现机动目标的跟踪。仿真验证了该方法的有效性,并与传统的不带径向加速度的扩展卡尔曼滤波（EKF）方法进行了比较,结果表明该方法在径向距离、位置、加速度和速度估计精度方面都有所提高。