THREE ASPECTS OF ISAR SIGNAL PROCESSING

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弹载SAR信号处理及其硬件实现

针对空对舰导弹的情况，研究一种将合成孔径雷达技术用于弹戴制导雷达的方案，以提高其横向分辩率，实现对舰船目标的成象。弹载ＳＡＲ采用的一是一种聚束照射成象模式，通过站偿，可以转化为转台成象。     

基于阴影信息的多视角SAR图像识别

传统的SAR图像识别技术主要基于目标的电磁散射特性,而目标阴影信息对SAR图像目标识别具有重要的作用。若能获取同一目标在多个方位角下的多幅SAR图像,可改善目标识别的性能。针对该问题,本文提出了一种基于隐马尔可夫模型及阴影信息的多视角SAR图像识别技术。该技术提取目标阴影形状的链编码作为特征向量,并结合同一目标在不同方位角下的多幅图像的特征向量,生成该目标的特征序列,然后利用HMM对特征序列进行识别。仿真结果表明,该方法可有效实现SAR图像目标识别。     

几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响

对在几种载体(平板和杏仁体)上的不同缝隙所引起的目标散射特性影响进行了研究。首先分析了不同载体目标的雷达散射截面特性;以此为对比基准,对含不同类型缝隙的载体目标开展散射特性计算和系列试验测试,从中获得由缝隙所引起的目标特性变化情况,进而分析缝隙对雷达目标特性的影响。结果显示,直槽会引起比直缝更强的散射增幅,锯齿缝相对直缝则具有明显的减缩作用;杏仁体载体能更有效地模拟弯曲表面上的缝隙散射。结果可为飞行器雷达隐身设计提供依据。     

距离多普勒成像和多散射点定位

距离多普勒雷达成像系统的基本任务是利用雷达回波信号的距离和多普勒信息重构目标反射率的空间分布。本文把用逆合成孔径雷达对运动目标进行距离多普勒成像当作多散射点定位问题来研究,把成像雷达信号处理的两个关键,运动补偿和成像作为最大似然估计问题一起求解。原则上需进行多维搜索,一般情况下,目标上散射点的个数、位置以及目标的轨道运动都先验未知,这种求解的计算量极大。在若干合理的假设成立时,可引入DFT,免去估计散射点个数和位置,大大减少搜索维数,并可利用FFT,从而大大提高计算效率。这样做的代价是最终的成像质量有所下降。当目标轨道运动模型可用二次的距离时间函数描述时,只需进行二维搜索,文中导出了进一步简化的相位补偿和成像算法,并给出了计算机模拟结果。     

基于多普勒频率反投影的NCW-SAR动目标成像方法

传统合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)成像依赖大带宽发射信号,研究证明SAR也可利用窄带连续波形(Narrowband continuous wave,NCW)具有的高多普勒分辨率实现场景的高分辨成像。NCW-SAR成像的优势在于占有很少的频带资源、降低系统成本和规模,更适用于通常带宽较窄的利用外辐射源波形的无源SAR。文中首先指出NCW-SAR的应用前景,简要回顾窄带动目标成像的发展,并分析NCW-SAR成像技术的现状。然后给出通用的SAR回波模型,提出NCW-SAR动目标成像方法,实现静止场景中动目标的聚焦,获得目标的速度估计,并分析速度分辨率。实验验证了NCW-SAR动目标成像方法的有效性。     

TWR－1拖靶目标的雷达散射特性的研究

研究了ＴＷＲ－１拖靶目标的雷达散射特性，提出了相应的参数设计，研究了拖靶目标的雷达散射截面积以及空间的散射特性。并且通过对ＴＷＲ－１拖靶的全尺寸静态ＲＣＳ实验测量，来验证设计方案的正确性。测量结果表明，ＴＭＲ－１拖靶目标散射特性好，且稳定，满足目前我国靶场靶试对靶标的目标特性要求。     

用于解距离和速度模糊的算法(英文)

为了提高检测性能和实现多功能 ,PD雷达常采用高、中、低脉冲重复频率 PRF。对应一定的脉冲重复频率 ,PRF会出现测距模糊、测速模糊。以聚类算法为基础 ,本文介绍了一种用于雷达目标解距离、速度模糊的滑窗相关器算法。该滑窗算法是一种遍历性的算法。文中对该算法的解模糊正确率、运算效率进行了讨论 ,分析了解模糊正确率与脉冲重复频率 PRF、检测范围、滑窗宽度间的关系 ,同时给出了仿真结果。     

超高分辨率机载SAR成像算法及其GPU实现

雷达成像分辨率的不断提高,给SAR高精度实时成像处理带来了新的挑战。采用高效精确的成像算法以及对算法进行硬件加速是解决该问题的有效途径。本文提出了一种适用于超高分辨率机载SAR成像的精确高效成像处理方案,并利用并行化硬件平台GPU对该成像方案进行了硬件加速。实测数据处理结果充分验证了该处理方案的聚焦精度和处理效率。     

毫米波气象雷达发展与应用

相比于微波,毫米波的频率更高、波长更短、频率范围更宽,对于大气中云粒子等微小粒子的探测具有高时空分辨率等优势。毫米波气象雷达可以实现对大气、云、气溶胶等更精确的观测,可以提高现有气象数值预报的准确性,可以探测和预报极端性气象灾害的发生。鉴于毫米波气象雷达在大气探测领域的诸多独有优势,毫米波气象雷达的发展和应用已经成为中国未来气象探测装备发展的重要方向。本文介绍了毫米波雷达技术的发展、特点及其典型应用,探讨了毫米波气象雷达在大气探测中的应用,并总结了作者在毫米波气象雷达研究方面取得的研究成果。最后展示了毫米波气象雷达发展中存在的主要问题和关键技术。     

神经网络在未来超分辨雷达中的应用

最新的技术发展已为研制超分辨雷达创造了条件。它能够突破普通雷达基于匹配滤波原理的分辨能力,而实现超分辨。超分辨雷达的巨大计算量通常来自求解非线性最小二乘问题时的多维搜索。本文针对这一问题,研究了雷达信号处理中的两个典型例子:(1)利用阵列处理检测个数已知而方向未知的雷达目标;(2)对波音727飞机进行超分辨距离多普勒成像。说明Hop-field神经网络通过集体运算能够求解各种困难的最优化问题,因而在未来的超分辨雷达中有广阔的应用前景。     

机载合成孔径雷达动目标检测与成像技术的发展(英文)

基于机载合成孔径雷达 (SAR)的地面运动目标检测与成像技术已经成为现代雷达技术发展的一个重点。本文首先建立了运动目标回波的数学模型 ,在此基础上分析了机载 SAR对运动目标成像的特点 ,然后对近年来这一技术的发展过程和研究现状进行了全面的综述 ,最后对这一领域今后的发展方向进行了展望。     

线性预测数据外推超分辨雷达成像

距离—多普勒成像雷达的距离分辨力和横分辨力分别取决于发射信号的有效带宽和目标相对于雷达视线(RLOS)在相于处理区间内的转角。本文研究线性预测数据外推离散傅里叶变换(LPDEDFT)超分辨成像方法,旨在突破普通的FFT距离多普勒处理的限制,提高距离—多普勒成像雷达的分辨力。LPDEDFT在概念上和计算上都比较简单,分两步进行,先用线性预测方法把观测数据外推到观测窗之外,然后对外推过的数据进行普通的离散傅里叶变换。文中给出了B—52飞机缩比金属模型微波暗室转台实测数据和飞行中的Boeing-727飞机外场实测数据的成像结果。LPDEDFT与普通的傅里叶方法相比,在相同信号带宽和目标总转角的条件下可以得到更高的图像分辨力,或者可以用较小的信号带宽和目标总转角获得相同质量的图像。     

Microwave Photonics for Modern Radar Systems

The emerging new concepts and technologies based on microwave photonics have led to an ever-increasing interest in developing innovative radar systems with a net gain in functionality, bandwidth/resolution, size, mass, complexity and cost when compared with the traditional implementations. This paper describes the techniques de- veloped in the last few years in microwave photonics that might revolutionize the way to design multifunction radar systems, with an emphasis on the recent advances in optoelectronic oscillators （OEOs）, arbitrary waveform gener- ation, photonic mixing, phase coding, filtering, beamforming, analog-to-digital conversion, and stable radio-fre- quency signal transfer. Challenges in implementation of these components and subsystems for meeting the technique requirements of the multifunction radar applications are discussed.     

共轴旋翼高速直升机雷达散射截面计算及雷达吸波材料影响分析

为准确高效地预估共轴旋翼高速直升机的雷达散射特性,结合雷达吸波材料(Radar absorbing material,RAM)在隐身设计中的应用,开展了共轴旋翼高速直升机雷达散射截面(Radar cross section,RCS)特性及涂覆型RAM对其影响的研究。首先,基于计算涂覆目标表面散射的物理光学法(Physical optics,PO)和计算涂覆边缘绕射的等效电磁流法(Method of equivalent current,MEC),建立了计算RCS的高频方法,并通过涂覆了RAM的金属球和直升机矩形桨叶算例验证了其有效性。在此基础上,研究双旋翼、尾部螺旋桨、平垂尾和机身在鼻锥、侧向和尾追3个典型方位的雷达散射特性和强散射源分布,并采用局部涂覆RAM的方法进行隐身设计。研究表明:尾部螺旋桨、共轴旋翼桨毂及其整流罩部位、机身上曲率较大的鼻锥和尾部以及曲率较小的侧面护板是机身的重要强散射部位。在强散射部位涂覆RAM能有效降低高速直升机各方位双站RCS的均峰值,显著提升高速直升机隐身性能的效果。     

关于阵列式雷达目标模拟器的理论分析

本文权述了阵列式雷达目标模拟器的基本原理。根据模拟目标与实际目标在接收处的反射场及视在中心均应相同的关系导出了三元阵三个阵元的调制信号,并指出这种射频目标仿真既适用于单站情况,也适用于双站情况。     

地基雷达测量精度自鉴定技术

精度鉴定是保证雷达有效工作的重要保证,目前我国的雷达精度鉴定方法都是硬比方法,鉴定周期较长、协调工作量大。针对该问题,提出了一种通过跟踪一般低轨卫星实现地基雷达测量精度自鉴定的方法,设计了采用自鉴定方法校准雷达测元零值的技术方案,明确了数据处理流程,给出了关键数学模型。通过无噪声仿真验证证明了本文方法的正确性和有效性,通过有噪声仿真验证发现了测元随机误差与估计轨道参数间的相互影响和耦合效应,为后续工程应用和技术改进积累了经验。     

基于区域的GLRT车辆目标检测方法

基于合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)图像的地面车辆目标自动检测是一项重要的SAR军事应用研究。提出一种基于区域的广义似然比法(Generalized likelihood ratio test,GLRT)的目标检测方法,该方法将GLRT目标检测理论与图像分割技术相结合。首先利用普通图像常用的分割聚类方法从SAR图像场景中粗略地分离出陆地杂波区域和目标潜在区域。然后根据分割结果,分别对两区域数据建立合理的统计模型。最后在背景和目标统计特性都已知的情况下,采用GLRT目标检测方法对目标潜在区域的像素点进行逐一检测,获得更为精确的检测结果。对实际SAR数据处理的结果表明,该方法能有效地从陆地场景中检测出地面车辆目标,且具备一定的精确性和快速性。     

大转角条件下二维计算雷达像的改进

为提高转台目标成像时的横向分辨率,需增大转角,而增大转角会引起雷达像模糊。文中在频率空间的直角坐标系中用板块法仿真出大转角转台目标的雷达回波数据,然后用二维快速傅里叶变换对回波数据进行处理,从而获得转台目标的雷达像。经过对仿真数据进行验证,用该方法获得的二维雷达像,其质量高于用极坐标回波数据所成的像     

利用电磁仿真数据研究ISAR运动补偿和成像

本文利用板块法对运动目标进行电磁仿真,根据Stratton-Chu积分,通过目标CAD造形和表面板块生成,每一板块元与目标实际表面之间的最大误差不得大于入射雷达波波长的十六分之一,从而将目标的三维曲面矢量电磁散射积分简化为每一板块面元上的二维平面矢量积分之和,获得静止目标的散射场,然后通过目标运动轨迹模拟,考虑由于目标的运动而引起的雷达回波相位的变化,实现运动目标的电磁仿真。利用这种电磁仿真方法模拟产生64×128个回波数据,用频域法进行距离对准,用最大似然方法进行相位补偿,目标轨迹运动引起的距离变化用时间的二次函数拟合,研究了用X波段雷达对一架匀速直线飞行飞机的ISAR运动补偿和成像。