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。     

一种横向机动弹道下SAR成像算法

针对横向机动弹道下SAR成像回波方位向和距离向严重耦合、弹载SAR平台实时性要求高的特点,提出了一种基于频谱分析的扩展SAR成像算法。首先,以初始距离相同的目标作为成像处理对象,建立了横向机动下弹载SAR成像模型,分析了回波相位和瞬时距离的泰勒展开;然后,采用包含水平面速度和偏航加速度参数的相位因子依次进行距离徙动校正、二次相位补偿和多普勒中心频率补偿,实现了SAR图像的精确聚焦。该算法处理流程简单、实时性高,适合横向机动弹道下的中等分辨率的大斜视成像,给出了算法流程,仿真验证了算法有效性。     

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。     

一种新的非平行轨迹机载双站斜视SAR成像算法(英文)

本文提出了一种用于非平行轨迹机载双站斜视SAR条带模式成像的新的解析算法。该算法用收、发雷达的多普勒调频率贡献比为加权系数推导了点目标回波的二维频谱。通过解目标位置相对于收、发载机飞行轨迹的耦合,将这个二维频谱中目标的距离参数和方位参数进行了分离。在二维频域内,补偿掉双站扭曲项后利用二维Chirp-Z变换(2D-CZT)校正了距离向和方位向的徙动,获得了精确聚焦的目标图像。雷达回波的二维残余徙动用沿距离向和方位向的分块来限制,推导了数据分块的条件,由此可以实现宽场景成像。仿真试验验证了这种2D-CZT算法的有效性。     

基于数值计算的机载SAR空变运动补偿算法

针对机载合成孔径雷达(SAR)高分辨率宽测绘带(HRWS)成像问题,在分析结合两步运动误差补偿的距离徙动算法基础上,提出一种基于数值计算的空变运动误差补偿算法。通过对粗聚焦图像进行分块,在子块的两维波数域进行空变运动补偿,补偿的相位包括方位相位误差、距离相位误差以及方位和距离的耦合相位,因此该算法在复杂航迹、高分辨和宽测绘带情况下仍具有较好的鲁棒性。最后对SAR仿真数据和实测数据进行处理,并与结合两步运动误差补偿的距离徙动算法进行比较,处理结果表明该算法能够更好地补偿空变运动误差。     

基于先验误差模型的机载高分宽幅DBF-SAR自聚焦算法

高分宽幅（HRWS）数字波束形成（DBF）合成孔径雷达（SAR）利用多通道空间采样代替部分时域采样,可以有效缓解SAR成像时高分辨率与宽测绘带间的矛盾,具有重要的军用和民用价值。现有常规DBF-SAR成像算法都假设雷达传感器相对位置精确已知,实际应用中受传感器位置测量误差影响,由位置不精确导致的相位误差会严重影响DBF-SAR高精度成像能力。在极坐标格式算法（PFA）框架下,推导了DBF-SAR成像处理后,残留相位误差的解析模型,分析了该误差对成像质量的影响。依据推导的先验相位误差解析结构模型,提出了一种基于图像对比度最优化准则的自聚焦算法。新算法通过引入先验相位结构信息,极大降低了待估参数的空间维数,可以同时改善自聚焦算法的参数估计精度和计算效率。数据处理结果验证了理论分析的正确性和所提算法的有效性。     

一种超高分辨率机载聚束SAR两维自聚焦算法

受运动参数测量误差和大气扰动等因素影响,合成孔径雷达(SAR)图像通常会发生散焦,利用自聚焦对散焦的SAR图像进行后处理是一种有效的重聚焦手段。传统的自聚焦算法都只是针对方位一维相位误差的估计和补偿。随着成像分辨率的提高,自聚焦时残留距离徙动的校正成为SAR成像面临的一个新挑战。本文推导得到了极坐标格式算法处理后残留距离徙动和方位相位误差的解析表达式,分析了两者之间的内在关系,并利用该关系,提出了一种能够同时进行残留距离徙动和方位相位误差补偿的两维自聚焦算法。实测数据处理结果表明,在残留距离徙动效应不可忽略的条件下,该方法能够极大地改善原有自聚焦算法的聚焦性能。     

调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法(英文)

本文提出了一种调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法。调频连续波SAR在运动过程中持续不断地发射和接收信号,这种运动导致了回波信号的伸缩,对波前重建产生了严重的影响。推导了回波信号模型,给出了信号的距离-多普勒域表达式,分析了由于天线不断运动而导致的相位变化与方位向频率之间的关系。改进的频率尺度变换算法补偿了这种相位变化,实现了目标的精确成像,仿真结果表明了分析的正确性和算法的有效性。     

弹道导弹助推段拦截融合跟踪算法研究

针对空基雷达数据率低的特点,提出一种新的基于雷达/红外成像的机动目标跟踪信息融合算法.建立了弹道导弹目标机动模型和雷达/红外成像导引头观测方程,以动能拦截弹红外成像导引头数据更新时间为基准,以空基雷达采样周期为间隔对距离信息进行实时修正,推导了雷达/红外成像复合制导信息融合跟踪扩展卡尔曼滤波算法.仿真结果表明,该算法融...     

一种基于改进WLBF频谱的异构双基地前视SAR成像算法

异构平台组成的双基地前视合成孔径雷达（SAR）配置灵活,可实现多种构型下的前视成像,具有潜在的应用价值。然而特殊的几何构型使得其回波信号具有新的特性,给频谱模型的推导及成像算法的设计带来不便。针对这一问题,提出了一种基于改进WLBF （Weighted Loffeld's Bistatic Formula）频谱的双基地前视SAR成像算法。首先,引入时域去走动和切比雪夫降阶法,减小了传统频谱模型中相位历程的加权分割误差和二阶展开误差,在此基础上推导了回波信号的改进WLBF频谱表达式。然后,使用切比雪夫多项式将改进WLBF频谱展开并设计了双基地前视SAR成像算法。最后,对频谱模型和成像算法进行了仿真分析。结果表明所提改进WLBF频谱模型与传统频谱模型相比具有较高的精确度,设计的成像算法可满足异构双基地大前视系统的成像要求。     

基于复近似消息传递的前视雷达成像分辨率增强算法

当机载/弹载雷达工作在前视状态时,由于成像场景内不同角度处目标的多普勒差异很小,很难得到 高的角度分辨率。针对海面舰船目标的前视成像应用,利用成像区域具有明显稀疏性的特点,提出一种基于复 近似消息传递压缩感知处理的前视成像角度分辨率增强算法,建立前视成像的线性观测信号模型,给出复近似 消息传递的迭代计算过程,以及多通道雷达前视成像的处理流程。通过仿真数据和 X 波段雷达实测数据的处 理结果验证了该方法的有效性。     

Advanced high-order nonlinear chirp scaling algorithm for high-resolution wide-swath spaceborne SAR

Spaceborne Synthetic Aperture Radar (SAR) is a well-established and powerful imaging technology that can provide high-resolution images of the Earth’s surface on a global scale. For future SAR systems, one of the key capabilities is to acquire images with both high-resolution and wide-swath. In parallel to the evolution of SAR sensors, more precise range models, and effective imaging algorithms are required. Due to the significant azimuth-variance of the echo signal in High-Resolution Wide-Swath (HRWS) SAR, two challenges have been faced in conventional imaging algorithms. The first challenge is constructing a precise range model of the whole scene and the second one is to develop an effective imaging algorithm since existing ones fail to process high-resolution and wide azimuth swath SAR data effectively. In this paper, an Advanced High-order Nonlinear Chirp Scaling (A-HNLCS) algorithm for HRWS SAR is proposed. First, a novel Second-Order Equivalent Squint Range Model (SOESRM) is developed to describe the range history of the whole scene, by introducing a quadratic curve to fit the deviation of the azimuth FM rate. Second, a corresponding algorithm is derived, where the azimuth-variance of the echo signal is solved by azimuth equalizing processing and accurate focusing is achieved through a high-order nonlinear chirp scaling algorithm. As a result, the whole scene can be accurately focused through one single imaging processing. Simulations are provided to validate the proposed range model and imaging algorithm.     

启发式多阈值BIRCH研究

M-BIRCH算法通过设置多个阈值来弥补BIRCH算法在聚类效率和精度方面存在的不足。针对M-BIRCH算法在阈值设置方面存在的不足,提出将启发式阈值估计方法应用于M-BIRCH,并对算法在树的重建次数的减少和处理时间的缩短方面进行了验证。     

相关系数ARMA(p,q)序列分析方法

本文提出相关系数ARMA(p,q)序列分析方法。相关系数ARMA(p,q)序列是从非平稳序列中分离出的一类工程上常见且便于研究的时间序列,在模式识别、故障诊断、信号处理、自动控制和结构响应分析等领域有着广泛的应用。传统的相关函数ARMA(p,q)序列仅是它的一个特例。文中建立了相关系数ARMA(p,q)序列的条件极大似然估计和精确极大似然估计,前者在样本较大时简单便于工程应用,后者则在样本较小时仍具有较高的精度,它们通过时域的全程分析,充分利用样本信息确定相关系数ARMA(p,q)序列的均值函数、方差函数和相关系数函数。在此基础上可进行高精度的频谱分析。     

基于距离子带的机载SAR高精度多级空变运动补偿

运动补偿（MOCO）是机载合成孔径雷达（SAR）获取高质量图像的关键,超高分辨率成像中,如何精确、高效地校正空变运动误差仍是很大的挑战。本文提出了一种改进的多级空变运动补偿方案,兼顾处理的精度和效率。首先,采用一步运动补偿法有效去除运动误差的距离空变分量,避免引起额外的距离徙动校正（RCMC）误差。同时,修正视线方向误差的传统计算方式,保证相位精度的前提下结合距离子带实现无插值的近似距离包络补偿。然后,利用距离子带降低残余方位空变误差的距离空变性和对方位时频关系的影响,显著改善宽波束情况下的聚焦效果,降低孔径依赖补偿算法的运算量。最终分辨率达到0.1 m,具有实际工程应用价值。点目标仿真和实测数据处理验证了所做的研究。     

基于混合遗传算法的航空发动机PID控制参数寻优

结合某型航空发动机的比例积分微分控制(PID)参数整定与优化问题, 提出了一种全局最优且与初值无关的优化算法.算法采用与单纯形相结合的混合遗传算法, 结合了遗传算法良好的全局收敛性和单纯形算法的优秀的局部搜索能力, 提高了搜索速度与精度.仿真结果表明这种方法具有较好的收敛性与稳定性.      

一种红外多传感器对中段弹道空间邻近目标的联合超分辨弹道估计方法

 分析红外焦平面(IR FRA)对中段弹道空间邻近目标(CSO)的成像特点,指出星载红外传感器为实现对空间邻近目标的跟踪必须对其进行超分辨。提出了一种中段弹道空间邻近目标联合超分辨与弹道估计新方法。该方法结合红外焦平面成像模型和中段弹道动力学模型,使得能够同时利用红外多传感器的多帧信息,基于最小二乘准则建立联合超分辨弹道估计目标函数,并分析选择各目标的起始状态参数作为模型参数。针对目标函数的高维非线性特点,推导最小化意义下等价的降维目标函数,采用量子粒子群优化算法最优化该降维目标函数直接求解模型参数,进而计算出各目标的弹道和辐射强度,实现中段弹道空间邻近目标的联合超分辨与弹道估计。仿真结果验证了该方法的有效性,且相比于传统的先单传感器单帧超分辨、然后多传感器多帧测角数据关联与滤波方法,新方法在避免数据关联复杂问题的同时,其弹道估计精度更高、分辨能力更强。     

Efficient robust AMF using the FRACTA algorithm

The FRACTA algorithm has been shown to be an effective space-time adaptive processing (STAP) methodology for the airborne radar configuration in which there exists nonhomogeneous clutter, jamming, and dense target clusters. Further developments of the FRACTA algorithm are presented here in which the focus is on the robust, efficient implementation of the FRACTA algorithm. Enhancements to the FRACTA algorithm include a censoring stopping mechanism, an alternative data blocking approach for adaptive power residue (APR) censoring, and a fast reiterative censoring (RC) procedure. Furthermore, a coherent processing interval (CPI) segmentation scheme for computing the adaptive weights is presented as an alternative approach to computing the adaptive matched filter (AMF) weight vector that allows for lower sample support and reduced computational complexity. The enhanced FRACTA algorithm, denoted as FRACTA.E, is applied to the KASSPER I challenge datacube which possesses dense ground target clusters that are known to have a significant deleterious effect on standard adaptive matched filtering (AMF) processors. It is shown that the FRACTA.E algorithm outperforms and is considerably more computationally efficient than both the original FRACTA algorithm and the standard sliding window processing (SWP) approach. Furthermore, using the KASSPER I datacube, the FRACTA.E algorithm is shown to have the same detection performance as the clairvoyant algorithm where the exact range-dependent clutter covariance matrices are known.