检索结果-内蒙古大学图书馆

电子与信息学报 2007年第3期29卷 509-512页

作者：苏洪涛张守宏保铮西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室西安710071

该文研究了高频地波超视距雷达超分辨目标距离、方位角以及多普勒频移估计问题,提出利用波达方向矩阵法实现目标参数的同时估计。该方法利用对波达方向矩阵的特征分解所得到的特征值和相应的特征矢量进行处理,获得目标距离、方位角和多... 详细信息

该文研究了高频地波超视距雷达超分辨目标距离、方位角以及多普勒频移估计问题,提出利用波达方向矩阵法实现目标参数的同时估计。该方法利用对波达方向矩阵的特征分解所得到的特征值和相应的特征矢量进行处理,获得目标距离、方位角和多普勒频移的估计。该方法能够实现目标参数估计的自动配对,运算量小,分辨率高。仿真结果验证了该方法的有效性。

关键词：高频地波雷达超分辨目标参数估计

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基于霍夫变换的高速微弱目标检测算法

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电子与信息学报 2012年第3期34卷 754-757页

作者：庞存锁侯慧玲韩焱中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051

该文针对高速微弱目标检测提出一种快速的目标参数估计方法,首先分析了高速目标回波脉冲间距离单元走动的影响因素,指出回波间距离走动与积累时间近似为直线;其次利用霍夫变换(HT)可对直线进行检测的特点,分析了HT参数和目标初始距离和... 详细信息

该文针对高速微弱目标检测提出一种快速的目标参数估计方法,首先分析了高速目标回波脉冲间距离单元走动的影响因素,指出回波间距离走动与积累时间近似为直线;其次利用霍夫变换(HT)可对直线进行检测的特点,分析了HT参数和目标初始距离和径向速度的关系,提出了一种并行HT(PHT)方法,该方法利用并行叠加原理能够提高HT运算速度,满足实时性的要求;最后给出了算法实现流程和仿真实例,仿真结果证明了算法的有效性。

关键词：微弱目标检测目标参数估计并行霍夫变换

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机载雷达组网射频隐身技术研究

机载雷达组网射频隐身技术研究

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作者：时晨光南京航空航天大学

学位级别：博士

随着当今网络与信息技术的发展,战场系统网络化是未来战争的基本形态,未来变革的方向是“以传感器为中心的战争”转化为“以网络为中心的战争”,单部雷达或多部雷达的简单组合、叠加已不能满足联合作战的需要。机载雷达组网依托网络化... 详细信息

随着当今网络与信息技术的发展,战场系统网络化是未来战争的基本形态,未来变革的方向是“以传感器为中心的战争”转化为“以网络为中心的战争”,单部雷达或多部雷达的简单组合、叠加已不能满足联合作战的需要。机载雷达组网依托网络化的传感器系统,通过信息融合为指挥员提供实时、透明的空间感知,是未来雷达装备的发展方向。然而,敌方无源探测系统对机载雷达组网的战场生存能力和突防能力构成了严重威胁。在此背景下,本文主要讨论如何根据目标信息合理地设计雷达发射机工作参数,进而在满足目标探测和跟踪性能的条件下提升系统的射频隐身性能。在充分了解国内外相关研究现状的基础上,本文从发射功率分配、资源管理、波形设计及优化等方面,对机载雷达组网系统的射频隐身性能进行了深入的研究,并对基于外辐射源机载雷达组网系统的发射机选择问题进行了初步探讨。本论文的主要研究内容如下:1、研究了机载雷达组网跟踪模式下基于射频隐身的功率分配算法。首先,本文针对雷达组网系统的检测概率和虚警概率不具有闭式解析表达式的情况,采用信息理论中的Bhattacharyya距离、Kullback-Leibler(KL)散度和J散度作为表征目标跟踪过程中检测性能的衡量指标,并分别推导了其解析表达式。然后,建立了机载雷达组网跟踪模式下基于射频隐身的功率分配模型,该优化模型以最小化雷达发射功率的最大值为目标,在满足目标跟踪性能要求的前提下,根据目标运动状态,动态地调整各雷达的发射功率,以达到提升机载雷达组网射频隐身性能的目的。最后,采用基于非线性规划的遗传算法(Nonlinear Programming Based Genetic Algorithm,NPGA)对此非凸、非线性约束优化问题进行求解。仿真结果表明,与传统单站相控阵雷达和未优化的雷达组网系统相比,该算法具有更好的射频隐身性能。2、研究了机载雷达组网跟踪模式下基于射频隐身的资源管理问题。本文考虑由一部共用雷达发射机和多部接收机组成的机载雷达组网系统,针对该系统跟踪模式下的射频隐身问题,提出了基于射频隐身的机载雷达组网资源管理算法。首先,本文推导了无源探测系统对机载雷达组网的截获概率。在此基础上,建立了基于射频隐身的机载雷达组网资源管理模型,该模型以最小化系统截获概率为优化目标,以目标跟踪误差、检测性能及系统发射资源为约束条件,通过求解该问题,对雷达发射机采样间隔、驻留时间和发射功率进行优化,从而提升机载雷达组网的射频隐身性能。仿真结果表明,与现有算法相比,该算法可在保证良好目标跟踪精度的前提下,有效提升系统的射频隐身性能。3、研究了基于射频隐身的机载雷达组网雷达波形设计算法。首先,本文建立了针对机载雷达组网系统的扩展目标信号模型,并据此分别推导了表征目标检测性能的信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,SINR)表达式和表征参数估计性能的互信息(Mutual Information,MI)表达式。然后,分别提出了基于SINR准则和MI准则的机载雷达组网最优雷达波形设计算法,即在满足一定系统性能的条件下,通过优化各雷达发射波形,最小化雷达组网系统总发射能量,并采用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件对优化问题进行了求解。现有雷达波形设计方法都假设已知目标的真实频率响应等先验信息,然而,在实际中,目标的真实频率响应却很难获得。针对上述问题,本文将目标的真实频率响应建模为上、下界已知的不确定集合,在此基础上,分别提出了基于SINR准则和MI准则的机载雷达组网稳健雷达波形设计算法。最后,仿真结果表明,所提算法可有效提升机载雷达组网的射频隐身性能,而且,在目标真实频率响应未知的情况下,稳健雷达波形设计算法可保证系统射频隐身性能的最优下界。4、研究了雷达与通信系统在频谱共享环境下基于射频隐身的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)雷达波形设计算法。首先,在考虑通信系统发射信号、目标相对于雷达和通信系统的频率响应以及路径传播损耗等信息先验已知的情况下,根据经目标反射到达雷达接收机的通信信号被当作有用信号、干扰信号和无用信号,本文分别提出了三种相应的基于射频隐身的最优OFDM雷达波形设计算法,即在保证一定的MI门限和通信系统信道容量的条件下,通过优化设计OFDM雷达发射波形,最小化雷达系统发射功率。然后,采用KKT条件对此凸问题进行了求解。然而,实际中难以获得目标的真实频率响应。本文假设目标相对于雷达和通信系统的频率响应属于上、下界已知的不确定集合,并基于此模型,提出了基于射频隐身的稳健OFDM雷达波形设计算法。仿真结果表明,利用经目标反射到达雷达接收机的通信信号可有效提升雷达系统的射频隐身性能。另外,稳健OFDM雷达波形设

关键词：射频隐身机载雷达组网系统功率分配资源管理波形设计目标跟踪目标参数估计外辐射源雷达

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认知雷达波形时域分集与优化设计研究

认知雷达波形时域分集与优化设计研究

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作者：吴中杰哈尔滨工业大学

学位级别：博士

日益复杂的工作场景,以及来自用户的苛刻的性能需求和多样化的功能需求正呼唤着雷达技术的新突破。不断地开发控制新的自由度的能力,是推动雷达技术进步的力量源泉。现代雷达的硬件设施允许发射在空间、时间和频率上多样化并且可快速连... 详细信息

日益复杂的工作场景,以及来自用户的苛刻的性能需求和多样化的功能需求正呼唤着雷达技术的新突破。不断地开发控制新的自由度的能力,是推动雷达技术进步的力量源泉。现代雷达的硬件设施允许发射在空间、时间和频率上多样化并且可快速连续变化的波形,从而解放了巨大的发射端自由度,催生了雷达波形分集与设计这一充满生机的研究领域。在这一技术背景下,认知雷达的概念应运而生,不同于发射固定波形、工作于前馈模式的传统雷达,认知雷达能够从与环境的交互中学习关于目标和背景的知识,根据接收机反馈的信息自适应地调整发射波形以更好地满足任务需求,整体上构成一个动态的闭合反馈环路。本文旨在研究认知雷达框架下的波形时域分集与设计。着力于提升雷达在密集无源干扰环境中弱目标检测、扩展目标参数估计与识别方面的性能,本文从波形时域分集的思想出发,探讨了两类经典波形的构建方法及应用框架:具有白色幅度谱的“理想”波形,以及具有有色幅度谱的“匹配”波形。前者主要用于抑制强散射体对弱目标的距离旁瓣遮蔽干扰、提升对扩展目标的参数估计精度,后者旨在提升对扩展目标的参数估计和识别性能。具有冲激型非周期自相关函数或者白色幅度谱的波形常被称为“理想”波形,因为它在弱目标检测、多目标分辨、拓展目标参数估计等方面具有优异的性能。互补编码配合时域分集可被看作一种“理想”波形的实现方案,但却受到多普勒敏感性的困扰而鲜被实际应用。为克服该缺点,本文提出了一种发射脉冲顺序-接收脉冲权重联合设计方法,用于由经典的Golay互补编码构造多普勒鲁棒的互补波形。这种波形的特点是当多普勒频移在特定范围内时始终能够保持优异的距离旁瓣对消特性,并具有一定的多普勒旁瓣抑制能力。上述基于互补编码的“理想”波形形式简单、易于生成,适用于对多普勒鲁棒性要求不高的场景。针对对多普勒鲁棒性有较高要求,又要兼顾多普勒分辨力和信噪比等波形性能的场景,本文在放松对波形恒模性、有限相位性和互补性的约束的基础上,从模糊函数赋形的思想出发,提出了一种多普勒鲁棒的准互补波形设计方法。由于具有松弛的约束条件,并且能够更加充分地利用时域分集提供的自由度,相对于基于互补编码的波形,这种波形具有更高的多普勒鲁棒性、可塑性、灵活性和多样性。在上述波形设计的基础上,面向密集无源干扰环境中弱目标检测应用,提出了一种多普勒鲁棒的(准)互补波形认知发射策略。该策略交替地发射普通相参脉冲串与多普勒鲁棒的(准)互补波形,前者用于感知场景、获取干扰/目标多普勒频移的知识,以指导波形设计;后者用于抑制旁瓣,以提升对距离、速度上均临近强干扰的弱目标的可见性。当目标先验知识匮乏时,具有白色幅度谱的波形在扩展目标参数估计方面是极为优秀的;然而,当具备一定目标先验知识时,具有与目标散射特性相“匹配”的有色幅度谱的波形往往性能更佳。从这一思想出发,本文在假设目标参数服从混合高斯分布的前提下,提出了一种以互信息为准则的“匹配”波形设计方法,以提升对扩展目标的估计与识别性能。由此得到的波形能够在对各个目标类别均保持良好的参数估计能力的同时,最大化目标类别之间的离散度。作为上述“匹配”波形的应用平台,本文提出了一种面向拓展目标参数估计与识别的认知雷达框架。针对传统方式易受目标角度敏感性影响、未能充分利用目标特征在多次观测间的相关性的问题,引入多模型方法和指数相关模型以描述目标特征的动态演变,进而推导了一种序贯地更新目标参数估计和目标类型概率分布的方法。利用最近更新的目标知识,雷达动态地优化下一次发射的波形,以提升对拓展目标的估计和识别性能。

关键词：认知雷达雷达波形分集与设计弱目标检测目标参数估计目标识别

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声纳中的空时联合处理方法研究

声纳中的空时联合处理方法研究

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作者：李维中国科学院声学研究所

学位级别：博士

声纳是利用水下声波进行目标探测和定位以及水下通信的综合性电子设备，声纳信号处理技术是影响其系统性能的重要因素。空时自适应处理是雷达上一种主要用来抑制空时散射的杂波的二维的自适应滤波处理。鉴于声纳与雷达的相似性，将空时... 详细信息

声纳是利用水下声波进行目标探测和定位以及水下通信的综合性电子设备，声纳信号处理技术是影响其系统性能的重要因素。空时自适应处理是雷达上一种主要用来抑制空时散射的杂波的二维的自适应滤波处理。鉴于声纳与雷达的相似性，将空时联合处理应用于水声信号处理是一种必然趋势。然而由于水声信道的复杂特性，空时自适应处理很难直接应用于水声信号处理。本文针对于水声信号的特点，对适用于声纳的空时自适应处理相关算法进行了理论研究与实验分析。\n 论文贡献主要体现在以下几个方面：\n 1.提出一种基于二维自回归模型的新型空时自适应预白化处理器，并针对该处理器提出相应的检测器。该方法假定混响背景的时间局部平稳性，对信号进行分段处理。根据当前段的混响数据对下一段的混响进行白化处理。将传统的应用于单通道的AR处理器推广到多通道，实现空域时域同时进对混响进行抑制，经比较，检测效果提高10-12dB。\n 2.提出了一种新型信号子空间混响抑制方法，该方法是在主分量反演(Principal Component Inverse，PCI)方法的基础上，将Eckart and Young理论再一次应用于信号前向矩阵，大大提高了单通道混响抑制的能力，同时提出分块前向矩阵应用于混响阵列信号，并将新的信号子空间抑制方法应用于分块前向矩阵，实现空时自适应预白化处理器。真实数据实验和仿真实验验证了新方法的有效性。\n 3.基于目前对于海洋混响混沌属性的分析，提出了一种基于高阶小脑模型控制器(Cerebellar Model Articulation Controller,CMAC)的混响预测器，并将其应用于混响抑制来实现混响中的信号检测。接着，基于空时联合处理思想，结合耦合映射格点(Coupled Map Lattice，CML)的方法，提出了空时联合处理的神经网络混响预测器用于检测。实验将提出的高阶CMAC混响中的信号检测算法与原有的使用径向基函数(Radial Basis Function，RBF)神经网络模型的混响中信号检测算法进行性能分析与比较，高阶CMAC方法大大提高了运算效率，而借助了CML的空时联合处理算法具有更强检测性能。\n 4.针对声纳中的目标参数估计的问题，在匹配场处理的几种常见方法的基础上，提出了一种可变系数熵的方法，同时将声场传播特性与空时自适应处理相结合，介绍了空时匹配场处理算法，并提出了一种适用于空时匹配场处理的可变系数熵的方法。计算机仿真实验分别将新提出的方法与几种匹配场处理方法进行比较分析，验证新提出的空时匹配场处理方法——可变系数熵方法对目标的方位，距离以及速度的估计的可行性，从而提供了新的空时匹配场处理的方法。

关键词：声纳信号处理空时自适应处理混响抑制目标参数估计自适应滤波

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分布式卫星多相位中心SAR-GMTI技术研究

分布式卫星多相位中心SAR-GMTI技术研究

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作者：束宇翔西安电子科技大学

学位级别：博士

合成孔径雷达（SAR）技术与地面运动目标检测（GMTI）技术相结合，可以在获得高分辨地面场景图像的同时完成地面动目标的检测及测速定位，具有重要的民用和军用价值。相比单通道SAR系统，多通道SAR的优势在于可以利用多个方位自由度有... 详细信息

合成孔径雷达（SAR）技术与地面运动目标检测（GMTI）技术相结合，可以在获得高分辨地面场景图像的同时完成地面动目标的检测及测速定位，具有重要的民用和军用价值。相比单通道SAR系统，多通道SAR的优势在于可以利用多个方位自由度有效的抑制主瓣杂波，改善动目标的检测性能，因而受到各国学者的广泛关注。本文针对分布式卫星多相位中心SAR实现GMTI功能，开展了关于沿航迹基线形式确定、时变混合基线预处理、与高分辨率宽测绘带成像兼容设计、模糊杂波抑制以及对误差稳健的动目标参数估计等关键技术研究。主要内容包括： 1、分析了多通道SAR系统中多个相位中心之间可能存在的时空关系，以交替收发模式为例，建立了多通道动目标信号模型。通过理论推导明确了形成GMTI基线的必备条件，得到如下结论：不同时间处于不同方位的两个相位中心之间的沿航迹基线，等于以同一时间基准对这两个相位中心位置进行插值后得到的等效位置之间的沿航迹差。该结论为不同通道构成方式下沿航迹基线的确定提供了依据。通过对比同一系统采用不同天线孔径划分和交替收发方式下的GMTI性能，说明了合理选择天线孔径划分和交替方式对提升GMTI性能的重要性。 2、提出了分布式卫星SAR-GMTI系统时变、混合基线的预处理方法。针对分布式卫星系统中星间基线时变导致SAR图像对相干性下降的问题，从分布式卫星SAR系统的观测几何构型出发，采用总体最小二乘法拟合航迹方程，并依据方程参数重构虚拟的新平行航迹。通过补偿原航迹和新航迹上的观测波程差，获得等效的固定基线回波数据。在此基础上，针对分布式卫星SAR系统中混合基线和雷达斜视导致沿航迹基线难以精确计算的问题，推导了存在混合基线和斜视情况下沿航迹基线的计算公式，提出了基于星历和回波数据的沿航迹基线计算方法。仿真实验结果表明，时变基线补偿后，能有效提高动目标检测性能；用所提方法计算得到的沿航迹基线长度作为测速定位的基线参数，可以获得高精度的测速定位结果。 3、采用方位多通道抑制多普勒模糊是实现高分辨率宽测绘带（HRWS）成像的有效方式，如果这些自由度用于主瓣杂波抑制则可以实现GMTI功能。因此，在多通道SAR系统中，有望实现两种模式的兼容工作。但此时GMTI性能会受到方位降采样引起的多普勒模糊的影响。为分析这一影响，推导了存在多普勒模糊下的杂波和动目标的信号形式，给出了系统参数的设计考虑。结合盲速、空域模糊和动目标积累损失等因素，重点讨论了在多普勒模糊情况下，脉冲重复频率（PRF）对GMTI性能的影响，并给出了一个PRF的优化选择仿真示例。根据理论分析和仿真实验结果可以得到一个选择PRF的重要原则，即应避免抑制模糊杂波的凹口因为空域模糊而折回至感兴趣速度区间。实测数据的处理结果验证了理论分析的正确性。 4、提出了多特征联合挑选样本的多通道SAR模糊杂波抑制方法。针对强弱对比明显的非均匀场景中模糊强杂波的抑制问题，分析推导了模糊杂波的多通道导向矢量，以邻近强陆地杂波的近岸水面区域为例，建立了SAR图像域多通道信号模型。以模糊杂波导向的推导结果和建立的模型为依据，联合模糊杂波的幅度/相位直方图统计特性和边缘检测挑选训练样本，并采用自适应匹配滤波方法抑制杂波。仿真实验验证了所提方法的有效性。 5、实际处理环境中，图像配准误差和通道相位误差不可避免，这将导致多通道SAR-GMTI处理时动目标径向速度估计和定位精度下降。针对这一问题，提出了基于自适应数据重构和子空间投影的动目标径向速度估计方法。在联合像素信号模型下，利用抑制杂波的维纳权矢量自适应重构包含动目标单元的多通道数据，再采用子空间投影算法从重构的包含动目标的单次快拍数据中估计动目标的径向速度。仿真实验和某机载多通道SAR-GMTI实测数据的处理结果验证了所提方法的有效性和稳健性。

关键词：合成孔径雷达地面动目标检测分布式卫星时变基线沿航迹基线高分辨宽测绘带脉冲重复频率多普勒模糊杂波抑制目标参数估计

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基于最小二乘的被动声呐浮标多普勒最接近算法

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水下无人系统学报 2018年第6期26卷 605-611页

作者：张立琛张驰张晓亮中国船舶工业系统工程研究院北京100094 水声对抗技术重点试验室北京100094

为提高被动声呐浮标参数估计精度,提出一种基于最小二乘的多普勒最接近算法。算法在新多普勒最接近算法基础上,利用目标辐射噪声中特征频率的多普勒信息,构建一个长方矩阵,在最小二乘意义下,计算目标最接近距离和速度。使用泰勒展开公式... 详细信息

为提高被动声呐浮标参数估计精度,提出一种基于最小二乘的多普勒最接近算法。算法在新多普勒最接近算法基础上,利用目标辐射噪声中特征频率的多普勒信息,构建一个长方矩阵,在最小二乘意义下,计算目标最接近距离和速度。使用泰勒展开公式,分析了算法的误差特性。计算机仿真及空气试验表明,该算法可以正确计算出目标参数。与被动声呐浮标其他算法相比,显著地提高了目标参数估计精度。

关键词：被动声呐浮标最小二乘多普勒最接近算法目标参数估计

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高轨道空间目标自动搜索与识别技术研究

高轨道空间目标自动搜索与识别技术研究

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作者：邹云龙中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)

学位级别：博士

随着人类航天活动日益增多,在轨工作航天器的数量显著增加,这不可避免地产生数以亿计的空间碎片,给卫星和航天器带来严重威胁。对地球轨道上空间目标进行精准识别、定位与跟踪,预测可能发生的碰撞,进而能够操控卫星躲避潜在的威胁。同时... 详细信息

随着人类航天活动日益增多,在轨工作航天器的数量显著增加,这不可避免地产生数以亿计的空间碎片,给卫星和航天器带来严重威胁。对地球轨道上空间目标进行精准识别、定位与跟踪,预测可能发生的碰撞,进而能够操控卫星躲避潜在的威胁。同时,对空间目标进行监视也是国家安全的重要保障。因此,对空间目标探测技术进行研究具有重要意义和价值。高轨道空间目标距离地面远,具有尺寸小、亮度暗等特点,在大量的恒星掩盖下,实现对小尺寸高轨目标的自动搜索与识别存在很多技术难点。首先,复杂背景下的星图处理与目标识别仍有较大的局限性,尤其是受到亮目标、云层、光学渐晕、探测器均匀性等因素影响时,识别与跟踪能力大大减弱;同时,空间目标的先识别后跟踪模式,容易受到虚假目标与恒星的干扰,使得目标定位精度低,目标轨迹预测误差大等;而且,当前观测设备以及处理技术往往是非智能化的,不能根据图像数据对望远镜进行实时反馈,这使得拍摄与跟踪效果不是最优化,这给后端的处理工作带来很大的挑战。本论文利用地基大口径大视场望远镜为观测条件,通过研究目标特性、设计图像处理算法以及制定针对性观测方式等内容,对大视场图像中空间小尺度多目标自动搜索、发现和测量,实现基于图像反馈自动调整望远镜跟踪模式的智能决策系统,为空间目标预警、编目定轨提供更精确的数据。论文具体的工作如下:1.月光、云层以及系统光学渐晕等因素影响下,单纯依赖灰度阈值方法很难对复杂背景下的星图进行有效识别与分割。针对此问题,研究了星图背景建模与灰度阈值分割方法,分析了复杂背景图像的灰度特征,并从光学系统的成像特性角度出发,提出了基于空间目标与一维高斯形态相关性的星图分割方法,将处理核心从传统的灰度阈值转移到相关系数阈值,同时用图像局部数据的标准差和目标与模型间的均方误差与局部数据的方差之比来去除虚警,并与不同灰度阈值分割方法对比分析,验证该方法的有效性。结果表明,对于复杂场景下的真实星图,本文方法识别更多目标;对于两个各2000帧的复杂背景仿真星图,本文方法可实现的识别率和虚警率分别为:97.6%、0.43%和97.9%、0.48%。2.传统的空间目标探测流程需先进行帧间配准,在检测到目标的基础上分析其形态特征,再计算运动参数。在受到亮星的影响下,会出现目标识别与定位不准确,目标位移计算偏差大等问题。针对此问题,论文从时域和空域角度分析了目标与背景的运动特征,并提出了基于运动参数估计的空间目标条纹逆过程探测方法,先通过图像帧间相位差检测目标位移,而后进行目标搜索和定位,这与传统流程完全相反,有效抑制了亮星干扰。结果表明,对于不同场景的真实星图,本方法能以亚像素精度估计目标条纹位移、长度和位置;对于五组各100帧的仿真星图,分别添加标准差为0、5和10的高斯噪声,目标位移检测精度分别为:0.08、0.31和0.48个像素,目标长度估计精度分别为:0.04、0.14和0.26个像素,条纹角度估计精度分别为:0.07°、0.3°和0.5°,目标定位精度为亚像素。3.当视场中同时存在多个不同运动状态的目标时,传统目标探测方法需分析所有目标形态参数并进行帧间匹配,然后再计算其运动特征并跟踪。但当检测算法无法准确分析每个目标形态时,则多目标无法匹配,需取更多帧进行分析。针对此问题,提出星图序列中多目标逆过程探测方法,通过相位差谱提取多目标位移,进而直接对多目标进行编目、跟踪与定位,克服了虚假目标去除过程存在的问题。结果表明,对于包含5个不同形态的目标的20帧仿真星图序列,分别添加标准差为0、5和10的高斯噪声,目标位移检测精度分别为:0.06、0.32和0.55个像素,目标长度估计精度分别为:0.05、0.21和0.41个像素,条纹角度估计精度分别为:0.16°、0.42°和0.7°,目标定位精度为亚像素。

关键词：空间目标搜索复杂背景逆过程探测目标参数估计局部相关定位

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基于后验数据辅助的雷达系统补偿方法

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雷达科学与技术 2021年第6期19卷 677-688页

作者：周围王贺汪鱼洋朱勇高越杜玉晗谢俊好中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽合肥230088 中国电科认知与智能技术重点实验室北京100081 哈尔滨工业大学电子与信息工程学院黑龙江哈尔滨150001

在警戒、精密跟踪雷达与逆合成孔径成像雷达中,准确地估计目标距离、速度和角度对目标捕获与跟踪至关重要。在实际的雷达系统中,由于实现电路的非理想性,生成的信号往往难以精确符合理论设计,导致目标距离、速度估计结果与理论真值存在... 详细信息

在警戒、精密跟踪雷达与逆合成孔径成像雷达中,准确地估计目标距离、速度和角度对目标捕获与跟踪至关重要。在实际的雷达系统中,由于实现电路的非理想性,生成的信号往往难以精确符合理论设计,导致目标距离、速度估计结果与理论真值存在不同程度的偏差;同时,雷达接收通道不可避免地存在由系统各部分相互耦合产生的幅相不一致性,对目标角度估计带来潜在影响,且常规补偿过程复杂,往往难以获得一套最优的补偿系数。本文结合某实际雷达系统,建立了典型目标参数估计方法的数学模型,理论分析了影响雷达目标参数估计结果的各类因素,提出了一种基于后验数据辅助的系统补偿方案,并通过实测数据与外场试验验证了方法的有效性。

关键词：目标参数估计后验数据辅助雷达系统补偿

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基于时间反演的目标成像技术研究

基于时间反演的目标成像技术研究

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作者：穆童南京理工大学

学位级别：博士

时间反演(Time Reversal,TR)是一种新型信号处理手段,它基于无耗、非时变介质中的波动方程不变性,将多个传感器接收信号通过物理或数值的方式反转并回传,使其经过逆向传播后在原始的信号源或目标处产生相干叠加。在电磁波成像领域,时间... 详细信息

时间反演(Time Reversal,TR)是一种新型信号处理手段,它基于无耗、非时变介质中的波动方程不变性,将多个传感器接收信号通过物理或数值的方式反转并回传,使其经过逆向传播后在原始的信号源或目标处产生相干叠加。在电磁波成像领域,时间反演和传统成像技术最本质的区别在于:它有效地融合了波的物理传输与阵列信号处理过程,能对环境自适应地完成空时同步聚焦,尤其在复杂传播背景下可以借助多径信息拓展常规阵列的等效孔径,从而提升系统的成像性能与环境适应能力。这些独特的性质使时间反演在目标检测、识别、定位及追踪领域具有广泛的应用前景,与此同时现有的一些方法在成像分辨率、稳定性及技术延伸性等许多方面仍有待改善,因此研究时间反演成像技术具有非常重要的理论意义和应用价值。本文从时间反演基本理论出发,在对时间反演镜(Time Reversal Mirror,TRM)与时间反演传输矩阵等现有方法的机理、成像性能及尚存局限性深入分析的基础上,提出三种新的成像方法对其进行改进和创新。另外,在对频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)技术的研究基础上,将时间反演与之结合,提出一种增强现有频控阵雷达目标参数估计性能的方法。论文的主要工作总结如下:首先,探讨了时间反演基本理论与方法。分析了时间反演的基本原理及其空时同步聚焦性质,在此基础上具体讨论了时间反演镜、时间反演算子(Time Reversal Operator,TRO)分解以及空频时间反演等几种重要的成像方法,为后续的研究奠定理论基础。其次,研究了基于时间反演镜的目标成像方法。采用时域有限差分法建立了TRM目标探测模型,分析、评估了数种TRM最佳时间帧(Optimal Time Frame,OTF)求解算法,并重点针对传统TRM在多目标成像中的远近问题,提出了改进的Multi-TRM方法。该方法基于不同散射体回波脉冲的时域选通、分组隔离以及分时回传机制,将经过置零、叠加与归一化等修正处理的时间反演场进行输出,获取成像结果。仿真结果表明,在多目标场景下Multi-TRM法消除了不同散射体回传信号之间的干扰,可以完成所有目标的同步成像,提升了TRM对多目标探测的有效性。接着,研究了基于时间反演传输矩阵的目标成像方法。在对空频时间反演的分析基础上,引入旋转不变信号参数估计(Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques,ESPRIT)模型,提出了SF-ESPRIT单点目标成像方法。对比传统的时间反演算子分解法,该方法仅需利用天线阵列单次测量的回波数据构造SF-MDM,对其奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)后,基于子阵列位移不变性与信号子空间旋转不变性构造目标伪谱,获取成像结果。仿真结果表明,SF-ESPRIT法在良好噪声条件下,一方面具有远高于传统SF-DORT法的成像分辨率,另一方面在与传统SF-MUSIC法实现相似高分辨成像的同时,拥有更高的成像效率。除此之外,在对超宽带频-频采样成像理论的研究基础上,提出了基于空频-频频联合数据的SFF-DORT成像方法。该方法采用阵列单次回波数据构造新的SFF-MDM,对其奇异值分解后通过求解累积相位差波动值提取成像所需的左奇异向量,再基于两种不同的方法将其分解为多个子向量,使目标信息分别由阵元间相对相移以及粗频依赖性编码,最后累积对应所有天线位置及粗频分量的子向量构造成像函数。对比传统FF-DORT法,SFF-DORT法在单目标及多目标场景中均可实现更高的成像分辨率,同时具有更好的抗噪声能力。数值仿真及初步实验结果证明了该方法的有效性。最后,以频控阵为背景,探讨了将时间反演技术与FDA-MIMO雷达结合以改善该雷达系统性能的方法。推导了FDA信号模型和发射波束表达式,对其波束特性以及基于非线性频率编码的波束解耦方法进行了详细讨论。在此基础上,重点分析了FDA-MIMO雷达阵列模型,并将时间反演成像理论中的信号反转、回传、聚焦过程应用于FDA-MIMO雷达接收信号处理中,提出了一种新的TR-FDA-MIMO目标距离-角度联合估计方法。仿真结果表明,TR-FDA-MIMO法可以有效提高传统FDA-MIMO雷达输出伪谱的距离与角度维分辨率,实现更加精确的目标参数估计,并且在不同信噪比与天线阵元数条件下均表现出更好的鲁棒性。

关键词：时间反演成像多态响应矩阵子空间频控阵目标参数估计

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