星载多发多收SAR多维编码波形设计与分析

多发多收合成孔径雷达(MIMO SAR)解决了传统SAR存在的高分宽幅矛盾。为提高MIMO SAR对通道之间干扰能量的抑制能力,采用多维波形编码技术进行系统设计,并研究了MIMO SAR的波形设计问题。针对两种新型信号形式:正负线调频信号及正交频分复用调制线调频信号,与短时移正交信号(STSO)进行对比分析及成像实验验证。根据MIMO SAR多个孔径同时发射信号、多个孔径同时接收回波的特点,结合多维波形编码技术进行回波处理。在俯仰维,利用数字波束合成技术进行多个子测绘带的划分,实现大测绘带成像;在方位维,利用多通道重构算法将周期非均匀采样的回波恢复为均匀采样,实现高分辨率成像,在此基础上开展新体制SAR发射信号的设计与成像实验验证。实验结果表明,较之其他两种信号,STSO信号的峰值旁瓣比、积分旁瓣比及分辨率等性能最优,对模糊能量抑制更为彻底,在MIMO SAR中性能良好,与传统SAR的性能近似。STSO在MIMO SAR体制中具有良好聚焦性能,且各项成像指标良好,在一定程度可降低系统设计的复杂度。     

基于共址MIMO主动声纳的小目标探测

该文为了提高对小目标的探测能力,基于平面波模型提出了一种共址MIMO主动声纳探测处理框架.通过发射正交波形,获得虚拟阵元,实现阵孔径的扩展,减小波束形成后的主瓣宽度,降低旁瓣高度,以提高主动声纳的空间分辨能力,实现对目标方位的高精度估计.设计GLRT检测器,检测估计方向是否有目标存在.实验结果表明MIMO处理较相控阵处理具有更好的目标分辨能力.     

空时耦合项对空时自适应处理的影响

为了利用混响谱的扩展和空-时耦合特性,采用空时自适应处理(STAP)理论进行混响抑制和运动目标检测,提出了应用于水下声呐环境的空时自适应修正方法.结合雷达目标回波模型分析了空时自适应的原理;分析混响空-时耦合项,对空时自适应方法进行修正,并提出了应用空-时耦合导向矢量进行空时处理;将该修正方法用于最优处理和目标检测.仿真结果表明,修正空时自适应方法有利于水下目标检测,应用空-时耦合导向矢量有助于提高目标方位估计能力.     

基于稀疏阵列技术的MIMO声呐低运算量二维成像

为了降低多输入多输出(multiple-lnput multiple-output,MIMO)声呐二维成像系统的运算量,提出了稀疏阵列和MIMO声呐相结合的低运算量二维成像方法。在MIMO声呐的虚拟接收阵列为矩形平面阵的前提下,使用模拟退火算法(simulated annealing,SA)对该虚拟矩形平面阵的阵元位置和加权系数同时优化,在保持期望波束性能的前提下大量减少其虚拟阵元数目;根据虚拟接收阵元与匹配滤波器一一对应的关系,移除掉与关闭虚拟阵元所对应的匹配滤波器;对保留匹配滤波器的输出信号进行波束形成等处理,获得目标的二维强度图。计算机仿真结果验证了该方法的有效性。     

联合匹配滤波MIMO声呐发射分集平滑DOA估计方法

MIMO声呐发射分集平滑(transmission diversity smoothing,TDS)法(简称为MIMO-TDS)是一类重要的多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)声呐DOA估计方法。该方法利用发射正交波形来获得发射分集平滑特性,保证了MVDR等自适应高分辨算法的直接应用,但也因此牺牲了发射端的阵增益,在对较远距离的目标进行探测定位时,该方法常会面临回波信噪比不足、性能损失严重等问题。针对该缺点,借鉴了MIMO声呐虚拟阵列(virtual array,VA)法(简称为MIMO-VA)中的匹配滤波思想,提出同时利用所有发射信号对回波进行联合匹配滤波处理的方式提高信噪比,该联合匹配滤波器的单位脉冲响应函数由所有正交发射信号经线性叠加构成。研究表明,所提出的匹配滤波器不仅能够提高接收信噪比,改善MIMO-TDS在低信噪比条件下的性能,还保留了MIMO声呐的发射分集平滑特性。与MIMO-VA相比,所提方法大幅减少了所需匹配滤波通道数量,具有较低的运算量;且存在发射阵列流形误差、发射信号同步误差时,具有更优的稳健性。利用计算机仿真对所提方法的有效性进行了验证。     

水下目标二维散射特性测量方法

基于合成孔径原理,提出一种水下目标二维散射特性测量方法,该方法采用声呐基阵静止而目标作合作匀速直线运动的模式.推导了前述模式下的目标回波信号模型.对回波信号进行二维成像处理,利用反投逐点算法进行方位向的聚焦处理,进而得到目标在距离和方位维的二维散射特性.给出计算机仿真和水池试验的回波数据处理结果,得到水下目标散射特性的二维空间分布,方位向理论分辨率达到0.04 m,且分辨率与距离和频率无关.该方法可用于目标特征缩减和目标识别.     

声透镜成像声呐的高速成像收发通道设计

针对声透镜成像声呐在保持高速成像的前提下减少收、发通道的设计技术,在以往声透镜成像声呐所采用的分时收发通道设计的基础上,通过借鉴无线通信中的CDMA技术,并适当安排换能器基元的收、发组合方式,设计了一种新的收、发通道结构和相应的信号处理流程.同时,对其工作性能进行了仿真,并且与其他设计结构的成像声呐可达到的成像性能进行了比较.研究表明,采用多组正交编码调相信号作为声透镜成像声呐的发射信号,以及分组发射、重新分组接收的方式,可以在声透镜成像声呐的接收通道总数比传统设计方式大幅度减少的情况下仍然保持很高的成像速度.     

优化Zernike矩MIMO雷达图像目标识别方法

针对MIMO雷达目标识别问题,给出了一种MIMO雷达目标识别方法.首先利用二值化和杂散点抑制对MIMO雷达成像结果进行了预处理,以消除噪声干扰和MIMO雷达图像距离依赖方位分辨率所引起的图像幅度起伏;随后,基于优化Zernike矩方法构造了MIMO雷达图像的特征,采用欧式距离分类器给出了相应的识别处理步骤.最后,利用3种飞机模型的MIMO雷达像对所提出方法的性能进行了验证,仿真结果证实了所提方法的可行性.     

一种MIMO雷达更窄主瓣波束形成方法

介绍了一种获得更窄主瓣虚拟收发波束的方法。该方法通过天线阵元发射正交编码的波形,然后在接收端对回波信号进行处理。MIMO雷达由于靠稀疏阵列避免旁瓣的不利影响,所以可提高角分辨率和多普勒分辨率。但受到如空间、成本或者其他实际因素的限制,须将阵列布置成紧凑阵列,而紧凑阵列对低速目标检测效果较差。通过提出的加窗方式,紧凑阵列利用虚拟收发波束形成可获得更窄的主波束,提高对低速目标的检测效果。通过仿真验证,对归一化频率为0.062 5的低速目标,信干噪比提升系数(SINR IF)约提升7.3 dB。     

跳频脉冲信号在水下沉底小目标探测中的应用

提出了一种跳频脉冲信号非相干相关处理的方法.与常规拷贝相关比较,该方法更利于在探测水下沉底小目标时有效抑制海底混响.阐述了这种方法的基本原理以及实现的基本方案.同时,对跳频脉冲信号波形设计理论进行了研究,并结合工程实际给出了快速算法.海试结果表明,该方法抑制强海底混响的能力达到6 dB,提高了探测沉底小目标的作用距离.     

合成孔径声呐多接收阵数据融合CS成像算法

多接收阵合成孔径声呐中收、发阵元空间的分置,使得斜距历程成为2个独立的双曲函数之和;因而很难获得其快速成像算法所必须的距离多普勒域和二维频域内的解析表达式.文中将收、发相位历程对方位向多普勒频率的贡献分开来考虑,把多接收阵模式下的时域回波数据等效为准收发合置项和收发分置畸变项的二维卷积.因此去收发分置畸变项处理之后,多接收阵合成孔径声呐就转换为传统的收发合置合成孔径声呐成像问题.在此基础上,文中给出了一种基于该方法的CS成像算法.最后,仿真实验和湖试结果验证了该方法的有效性.     

动力定位噪声对全景扫描声呐干扰的特性分析

在浅海的工作环境下,船舶或海上作业平台的动力定位噪声严重地干扰全景扫描声呐的声图。目前的各种干扰抵消技术实际效果不理想,动力定位状态下其对全景扫描声呐的信号检测能力提高有限。本文提出通过收放全景扫描声呐的铠装电缆恢复被掩盖了的目标信号的方法,计算了动力定位螺旋桨噪声干扰的直达波和海底反射波到达接收阵的入射角;仿真分析了接收阵入水深度对螺旋桨噪声干扰的直达波和多途影响,以及引起的盲区方位变化情况;仿真结果表明可提高全景扫描声呐的探测能力,为全景扫描声呐设计者采取相应的信号处理算法来抑制动力定位噪声的干扰提供了依据。     

混响背景下双基地声呐的探测范围分析

为了讨论混响对双基地声呐探测范围的影响,利用经验证的三维散射模型,讨论在不同入射、散射掠射角和散射方位角约束下的海底散射强度分布.根据双基地配置的几何特性,分析对混响有贡献的界面散射面积.以浅海为例分析比较不同基线长度时,混响与噪声限制下不同位置的目标在接收基地阵元输入端所形成的信干比.结果表明,混响限制下,双基地声呐的探测范围与混响强度相关.由于面临较强前向散射和侧向散射的影响以及直达波的强干扰,在近距离上,将出现探测盲区.     

二维脉内扫描高信噪比高分辨大测绘带成像

为了解决合成孔径雷达信号的信噪比会随着测绘场景的增大和分辨率的提高而降低这个问题,提出了一种新的基于俯仰-方位二维脉内扫描的高信噪比高分辨大测绘带合成孔径雷达成像模式．在发射端利用面阵全孔径,以较低的脉冲重复频率发射俯仰-方位二维窄波束,并进行脉内二维扫描;在接收端全孔径接收,并进行二维数字波束形成,消除低脉冲重复频率带来的多普勒模糊以及俯仰维脉内扫描带来的距离模糊,最终实现高信噪比高分辨大测绘带成像．仿真实验表明,该成像模式可以显著提高高分辨大测绘带成像系统的信噪比．     

全景扫描声呐中动力定位噪声的干扰特性

在浅海的工作环境下,船舶或海上作业平台的动力定位噪声严重地干扰全景扫描声呐的声图。目前的各种干扰抵消技术实际效果不理想,动力定位状态下其对全景扫描声呐的信号检测能力提高有限。本文具体计算了动力定位螺旋桨噪声干扰的直达波和海底反射波到达接收阵的入射角;仿真分析了接收阵入水深度对螺旋桨噪声干扰的直达波和多途影响,以及引起的盲区方位变化情况;提出通过收放全景扫描声呐的铠装电缆恢复被掩盖了的目标信号的方法,可提高全景扫描声呐的探测能力。系统仿真结果为全景扫描声呐设计者采取相应的信号处理算法来抑制动力定位噪声的干扰提供了依据。     

一种利用非正弦信号的水下声成像方法

针对多波束成像声呐在基阵设计时需要考虑避免出现栅瓣的问题,提出了一种利用非正弦信号进行水下声成像的方法.该方法首先对基阵接收信号进行相关处理,然后提取相关信号的包络进行波束形成来成像.以矩形包络为例,研究结果表明,该方法形成的波束不会出现栅瓣,避免了选取阵元间距时必须小于或等于载波半波长的限制,与传统利用正弦载波的成像方法相比,可以有效地提高成像分辨率,且无旁瓣.利用所提方法分别对点目标和体目标的成像进行了计算机仿真实验,得到了很好的成像效果.     

IR-UWB近距离实孔径成像系统分辨率

为了解决传统＂窄带、远场＂分辨率计算公式不再适用于超宽带极窄脉冲（IR-UWB）近距离实孔径成像系统的问题,提出了一种新的分辨率的计算方法.通过对IR-UWB近距离成像原理的分析,推导了单天线在距离向及横向分辨率的解析表达式,结合图像重建过程中信号叠加原理,提出了一种实孔径均匀线阵分辨率的计算方法.通过对理想点目标成像...     

多视角ISAR成像研究

提出了多视角逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法,对不同视角回波数据子孔径内部与外部分别选用不同对齐基准的方法进行包络对齐,然后采用多特显点综合法进行自聚焦．对各个视角接收信号融合,给出了一种参数化方法与非参数化方法相结合以进行稀疏孔径外推的算法,经外推后通过方位向FFT得到目标ISAR图像,该算法可有效应用于合成孔径雷达稀疏孔径成像．     

混响背景下的信号检测

海洋混响是主动声呐检测中主要的背景干扰,它是一种有色干扰噪声,并常被看做是一个非平稳的随机过程,这使得工作在白噪声条件下的最佳匹配滤波检测器的性能在一定程度上受到限制.因此,提出一种次最佳检测器,将混响看成局部平稳,并将接收信号分成许多小块,每小块利用自回归(AR)模型对混响时间序列进行建模,然后利用估计的AR系数构造白化滤波器,对混响进行预白化处理,并将白化后的序列用于匹配滤波检测器.通过计算机仿真和实验数据分析比较未白化与经白化处理的匹配滤波性能,结果表明,次最佳检测器比未白化匹配滤波在检测性能上可提高近3dB.     

浅海沉底小目标时的反探测研究

在浅水波导环境下,时反处理利用声场的时反聚焦特性,基于收发合置阵,将接收信号在时间上反转后,再向介质中发射回去,时反信号能量会在目标处聚焦,同时使混响降低.在接收增强的目标回波信号之后,通过多路径补偿波束形成,继续提高信混比.再将波束形成的输出与发射信号的拷贝进行相关处理,以其输出作为检验统计量进行目标检测判决,并根据到达信号的时间延迟对目标行距离进行估计.在湖上实验中,通过比较BS发射和TR发射两种情况下的混响和目标处的入射能量,发现时反处理具有抑制混响、提高信混比的能力.在实验室波导中,利用时反处理的优点进行了沉底小目标探测实验.波导实验结果表明,主动时反探测系统不仅能够有效地检测到沉底小目标,而且可以对目标进行测距.