IMPROVEMENT OF PHASE GRADIENT AUTOFOCUS ALGORITHM

ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴＯＦＰＨＡＳＥＧＲＡＤＩＥＮＴＡＵＴＯＦＯＣＵＳＡＬＧＯＲＩＴＨＭＬｉＬｉｗｅｉ（李立伟），ＭａｏＳｈｉｙｉ（毛士艺），ＡｓｉｆＲａｚａ，ＬｉｕＹｉｎｇ（刘莹）（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ...     

Extended PGA for range migration algorithms

The phase gradient autofocus (PGA) algorithm is extended to work for synthetic aperture radar (SAR) spotlight images processed with range migration (w-k) algorithms. Several pre-processing steps are proposed for aligning the range-compressed phase-history data needed for successful autofocusing of the data. The proposed algorithm gave good results for both data with large point targets and data without point targets.     

一种用于条带模式SAR成像的自聚焦算法

 针对现有条带模式合成孔径雷达（SAR）成像的自聚焦算法中,相位的拼接会引起误差的严重积累,本文结合相位梯度自聚焦（PGA）算法和子孔径偏移（MD）算法,提出了一种新的用于条带模式SAR成像的自聚焦算法（PGA-MD）。该算法先利用PGA算法有效估计各子孔径相位误差函数,再利用相邻子图间方位向偏移量和线性相位之间的关系,通过MD算法精确估计相邻子图间方位向偏移量,然后计算线性相位差,并基于—阶导数实现子孔径相位误差函数拼接。理论分析以及实测数据处理结果对比均表明PGA-MD算法可以有效提高对条带SAR图像的自聚焦效果。     

GNSS最优载波相位平滑伪距研究

平滑常数是影响载波相位平滑伪距精度的关键参数,实际数据处理时主要依据经验设定平滑常数。这种主观设定过程缺乏理论依据,无法达到最优平滑效果。针对此问题,以适用于实时GNSS载波相位平滑伪距的经典Hatch递推滤波算法为基础,在连续时间域上分析了载波相位平滑伪距误差的主要构成,给出了总误差估算公式,分析了平滑常数对平滑精度的影响传导机制。进一步,采用令平滑总误差最小为目标的极值法推导给出了最优载波相位平滑常数的计算公式,给出了最优载波相位平滑伪距的完整处理步骤。最优平滑常数算法在数学意义上最优,大幅压缩了伪距测量误差,又不会引入过大的电离层发散误差。通过两个实际算例,证明了算法有效性。     

Receiver autonomous integrity monitoring (RAIM) capability forsole-means GPS navigation in the oceanic phase of flight

Receiver autonomous integrity monitoring (RAIM), a GPS integrity monitoring scheme that uses redundant ranging signals to detect a satellite malfunction that results in a large range error, involves two functions: detection of the presence of a malfunctioning satellite and identification of which satellite (or satellites) is malfunctioning. An analysis is presented of GPS RAIM capability for sole-means navigation in the oceanic phase of flight, where the position protection limit requirement for the integrity function is not as stringent as for nonprecision approaches, and yet both detection and identification function may be required if GPS is to be used as a sole-means system. For this purpose, a detection and identification algorithm is developed which takes advantage of the fact that for the oceanic phase of flight, a much larger position error is acceptable than for the nonprecision approach phase of flight. The performance of this algorithm and an algorithm proposed previously by others is estimated via simulation and compared. On the basis of the results, recommendations are made on how RAIM may be used if GPS is to be coupled with an inertial system to provide a sole-means capability in the oceanic phase of flight     

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。     

Design of a practical tracking algorithm with radar measurements

The extended Kalman filter (EKF) has been widely used as a nonlinear filtering method for radar tracking problems. However, it has been found that if cross-range measurement errors of the target position are large, the performance of the conventional EKF degrades considerably due to nonnegligible nonlinear effects. A new filtering algorithm for improving the tracking performance with radar measurements is developed based on the fact that correct evaluation of the measurement error covariance is possible in the Cartesian coordinate system. The proposed algorithm may be viewed as a modification of the EKF in which the variance of the range measurement errors is evaluated in an adaptive manner. The filter structure facilitates the incorporation of the sequential measurement processing scheme, and this makes the resulting algorithm favorable to both estimation accuracy and computational efficiency. Computer simulation results show that the proposed method offers superior performance in comparison to previous methods. Moreover, our developed algorithm provides some useful insight into the radar tracking problem     

Analysis and design optimization of monopulse receivers forsecondary surveillance radar

The sensitivity to calibration and component errors of the receiver configurations used for monopulse processing of secondary surveillance radar (SSR) replies is analyzed. The effects of video gain error in amplitude processors and large Gaussian perturbations in phase processors are discussed. Phase processors are shown to be robust to variations in antenna difference pattern null depth. A half-angle phase processor that yields the benefits of phase processing without the sensitivity to system errors associated with conventional implementations is described     

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。     

一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法

针对矢量调制移相器存在的移相误差和增益波动问题,提出一种矢量调制移相器的反馈补偿设计方法.在分析了矢量调制的移相原理及影响移相精度和增益稳定性的误差因素的基础上,根据反馈补偿原理对误差因素进行补偿校正.首先通过自动化的测试和处理流程,得到移相器的相位和增益误差特性表,然后将该误差特性表反馈至移相器监控单元,最后监控单元利用插值算法和归一化原理实现对误差量的补偿校正.对采用该方法设计的移相器进行实际测试,结果表明：其移相精度小于1°,增益随相位变化波动小于0.4 dB,对比补偿校正之前,移相精度和增益稳定性得到了大幅提高和改善,从而验证了该方法的有效性.     

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。     

基于二维逆滤波的机载SAR 自聚焦算法

在聚束合成孔径雷达(SAR)自聚焦处理时,残留距离徙动(RRCM)必须在自聚焦处理之前完全去除,否则 将会严重降低自聚焦的性能。本文提出了一种基于二维逆滤波的自聚焦算法,该算法在补偿相位误差的同时也补 偿掉距离和方位的二维耦合相位,消除了RRCM对自聚焦的影响,提高了逆滤波自聚焦算法的性能。最后通过实 测数据处理验证了本文提出的二维逆滤波自聚焦算法的有效性。     

无刷直流电机直接转矩控制系统的相电流检测及处理

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制系统中,相电流的正确检测是实现转矩控制的前提。研究了BLDCM电磁转矩与相电流的关系,设计了相电流检测的硬件电路与软件算法。由霍尔电流传感器检测出相电流大小,经调理电路送入DSP的AD转换模块。针对AD转换带来的偏移和增益误差,采用最小二乘法及线性拟合函数进行数据校正;针对个别数据导致的偶然误差,提出了电流复合滤波方法;针对周期性干扰,在AD校正后加入了一阶滞后滤波。试验结果证明,所采用的相电流检测与处理方式降低了电流检测误差,实现了转矩的实时观测与直接控制,有效抑制了转矩脉动。     

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。     

基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法

为了控制装配过程中的关键装配特性,以大尺寸测量技术为辅助,实现大型零部件最优位姿装配,提出基于关键装配特性的大型零部件最佳装配位姿多目标优化算法。该方法将测量辅助装配(MAA)中的关键环节——最佳装配位姿拟合问题分为两步:第1步利用基于奇异值分解的解析方法将测量坐标系与装配现场的全局坐标系进行精确的空间配准,减小了坐标系对齐的误差,并以参考点拟合的偏差为优化目标,求解移动装配体当前位姿;第2步根据装配关键特性相关公差的重要程度,计算装配综合精度要求,并以最小综合偏差为优化目标求解移动装配体间的最佳装配位姿。随后给出了上述两个步骤的粒子群优化算法模型,将每步的待求解位姿作为一个拥有3个旋转自由度与3个平移自由度的粒子进行求解。最后对卫星舱段位姿最优装配问题进行仿真计算,结果证明了该优化算法在控制各项关键特性、提高综合装配质量等方面的有效性。     

一种基于盲同态解卷积的SAR成像自聚焦算法

针对大气扰动及飞行平台不稳引起机载合成孔径雷达(SAR)图像散焦的问题,提出了一种新的自聚焦算法来估算运动误差。该算法是基于运动误差函数及场景散射函数平滑特性的差异来进行估计的,利用复对数变换将图像的幅度与相位信息分离,进而分别对相位及幅度信息进行处理。运动误差通常为慢变函数,而场景的散射信息具有某种随机特性。因此,经过复对数变换后,运动误差及散射信息可以通过滤波器进行分离,将相位中的随机噪声去除,从而保留了慢变的运动误差函数。为了去除噪声信息,需要建立一个平滑滤波器,利用Daubechies小波的尺度函数构造Riesz基向量,从而建立了正交子空间,通过所建立信号子空间及噪声子空间组建平滑滤波器,最终可以获得准确的运动误差。在实验部分,分别利用仿真数据及实测数据对本文方法进行验证,最终结果分析表明该方法具有很高的估计精度及执行效率。     

双基角时变下的空间目标BISAR自聚焦算法

以空间目标为研究对象,针对双基地逆合成孔径雷达(BISAR)成像中双基角变化及同步误差导致的二维ISAR像散焦问题,提出了基于粒子群优化(PSO)的非参数自聚焦算法。算法首先将回波中平动和转动及同步误差等因素导致的相位变化项统一建模,其次将二维图像对比度最大作为优化目标,利用PSO算法对所有高次项相位进行整体优化估计,然后对高阶相位项进行补偿,最后基于补偿后剩余的一阶线性相位项进行方位压缩得到目标的二维ISAR像。算法可解决参数相位误差估计法中因模型误差导致的聚焦精度下降问题,同时也降低了BISAR自聚焦算法的复杂度。通过与参数法自聚焦算法的性能进行对比仿真实验,验证了算法的有效性。     

电动汽车用永磁同步电机模型预测MRAS无速度传感器控制

针对电动汽车机械式传感器在复杂工作环境下易失效的问题,将基于模型参考自适应(MRAS)的无速度传感器技术应用于电动汽车中。针对传统MRAS无速度传感器控制存在的转子位置估计相位延迟较大、转速估计误差较大等问题,将模型预测控制算法应用到MRAS中。参考模型选用永磁同步电机(PMSM)电流磁链方程,可调模型选取电压磁链方程,代价函数是磁链的差值,待估计参数选择转子位置。与传统MRAS无速度传感器控制算法相比,转速、转子位置估计结果更加精确,估计误差较小,动态性能和稳态性能优良。通过仿真和试验验证了算法的可行性和有效性。     

并行遗传算法在机载宽频带天线罩设计中的应用研究

用评估函数法构造了适用于遗传算法求解的复合材料结构多目标优化问题的等价表达形式,给出了离散变量与连续变量混合优化问题解的染色体表示。研究了粗粒并行遗传算法和细粒并行遗传算法在本类问题中应用的优劣。给出的数值实验表明:粗粒并行遗传算法对天线罩等复合材料结构的优化设计具有更好的适应性和鲁棒性。具有很好的应用前景。     

面向声源定位的改进广义互相关时延估计方法

面向以数字微机电系统(MEMS)麦克风作为声传感器的声源定位阵列,完成了前端麦克风阵列的电路设计和以现场可编程逻辑门阵列(FPGA)为核心的数据采集系统的开发,并对麦克风输出的脉冲密度调制信号进行了降采样处理.针对传统的广义互相关算法在低信噪比下时延估计误差较大的问题,提出了一种改进PHAT加权函数的方法.在同等条件下对基于不同加权函数的广义互相关算法进行了MATLAB仿真验证,实验结果表明,在低信噪比条件下该方法相较于传统的广义互相关算法,时延估计误差更小且抗噪性能更强.