双基地雷达两极区ISAR超分辨成像

由于双基地雷达中两极区双基地角的时变特性,传统ISAR成像法无法获取高分辨的目标像.分析了两极区双基地角的时变性及对距离包络和方位的影响,就两极区目标运动模型中目标方位高次项提出了Radon-TCDS-Relax超分辨成像算法,对每个距离单元进行调频率和调频率变化率搜索并补偿其所对应的方位高次相位误差,用Radon-TCDS-Relax提取散射点实现TCD-RID成像.仿真实验与分析验证了本文方法的有效性.     

0.14 THz高分辨力成像雷达信号处理

为适应0.14 THz超高分辨雷达实时成像的需求,开发了基于CPU+GPU+FPGA的硬件架构和成像处理算法,算法以距离-多普勒为原型,引入L类维格纳分布变换提高横向分辨力,用Keystone变换方法对越距离单元徙动进行校正,并开发了系统非线性补偿算法。在载频0.14 THz、带宽5 GHz雷达样机上进行了逆合成孔径雷达成像试验,获得了3 cm3 cm的成像分辨力和实时成像能力,验证了信号处理方法的有效性。     

一种改进的前斜视SAR距离多普勒成像算法

根据大斜视角SAR成像的空间几何模型和回波信号特点,提出了一种改进的适用于前斜视场景的距离-多普勒成像算法;对补偿二维频域耦合相位项的条件进行了分析,分析表明只需根据设计参数决定是否补偿到三阶耦合相位即可,且不必补偿更高阶的耦合相位;对距离徙动的校正方法进行了研究,通过在频域直接对距离徙动进行校正可以避免使用传统的插值方法,有效减小了计算量,提高了算法的运算效率,有助于算法的实时性实现;对改进的距离-多普勒算法的仿真表明,其成像性能能够满足前斜视条件下SAR实时成像处理的要求。     

基于dechirp弹载SAR的改进后向投影算法

针对弹载合成孔径雷达 (SAR) 距离徙动补偿困难以及原始后向投影(BP)算法计算量大实时性差的问题, 本文提出了一种基于解线频调 (dechirp) 弹载SAR的改进BP成像算法. 首先建立导弹在末制导阶段的dechirp回波信号模型并完成距离向的聚焦, 然后对距离向进行条带划分, 结合子孔径合并和图像分裂技术将每个条带内的回波反向投影至成像区域进行相干累加, 从而得到成像区域的SAR图像, 最后分别采用原始BP算法与本文改进BP 算法进行模拟和实测对比实验. 实验结果表明, 该算法能够对目标区域精确成像; 由于各条带间的成像是相互独立的, 易于算法的简化及并行处理, 极大地降低了算法的运算量、提高了运算速度, 增强了算法的工程可实现性. 该研究成果在遥感, 目标的探测与识别, 精确制导等领域中具有重要的应用价值. 关键词： 合成孔径雷达 弹载 解线频调 后向投影算法     

机动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时,其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题,在建立机动目标精确回波信号模型的基础上,提出一种基于积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换的成像算法.在距离压缩时,首先采用积分立方次相位函数快速估计出回波脉冲的调频率,进而在最佳旋转角下采用分数阶傅里叶变换实现距离像压缩,消除距离色散.经过运动补偿后,在方位压缩时结合积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换与Clean技术实现对每一距离单元上强弱散射点的分离成像,解决由于机动运动产生的方位多普勒时变而形成的图像散焦问题.最后,通过散射点模型的仿真实验,验证了所提方法的有效性.     

非相干合成孔径激光成像雷达:体系结构和算法

基于计算机层析投影成像原理,提出了非相干合成孔径激光成像雷达(SAIL)概念以及体系结构和算法,给出了详细的原理说明和数学分析,特点是信号收集和数据处理的技术难度低。该激光雷达包含三种工作模式即传统的聚束模式,逆聚束模式和层析聚束模式,具有两种传感方式即距离分辨成像和多普勒频移成像,提供多种维度变换成像,不仅可用于平面目标的距离或多普勒分辨二维成像,也可实施三维物体的距离分辨三维层析成像以及深度压缩的距离分辨和多普勒分辨二维成像。该雷达结构简单且具有操作多样性,扩展了合成孔径激光成像雷达的应用范围。     

直视逆合成孔径激光成像雷达外场实验

进行了1.8km和3.4km的直视逆合成孔径激光成像雷达外场实验,给出了远距离成像模式下考虑相位延时的非线性校正算法。实验中,目标为放置在无人机上的角锥和包裹有反射纸的无人机。通过交轨向包络对齐和顺轨向相位补偿算法,先后得到了不同成像距离下的角锥目标图像和1.8km成像距离下的无人机图像。成像距离为1.8km时二维分辨率达到了7.2mm×5.8mm,成像距离为3.4km时二维分辨率达到了12.7mm×9.2mm。     

机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时存在方位多普勒时变的问题,提出了一种基于方位时频域keystone变换的机动目标逆合成孔径激光雷达方位成像快速算法.利用多分量线性调频子回波信号的调频斜率与起始频率的比值为常量这一特点,在方位时频域采用keystone变换将多分量线性调频信号同时转换为多分量单频信号,利用快速傅里叶变换实现方位聚焦.采用基于分数阶傅里叶变换和最小熵的线性调频参量估计方法,实现了对调频斜率与起始频率比值的精确、快速估计.结果表明,与现有的基于Radon-Wigner变换的距离-瞬时多普勒成像算法相比,所提出的算法成像效率大大提高,且能够保留更多的目标细节信息,适合于逆合成孔径激光雷达的实时成像.     

低信噪比下的二维联合线性布雷格曼迭代快速超分辨成像算法

针对实际逆合成孔径雷达(ISAR)成像时带宽有限、方位孔径稀疏的小角度回波数据条件下,常规算法的成像分辨率不高等问题,基于压缩感知理论,提出了一种低信噪比条件下的二维联合布雷格曼迭代快速ISAR超分辨成像算法.首先,将雷达回波构建为距离频域-方位多普勒域的二维稀疏表示模型,在此基础上,将二维超分辨成像问题转换为二维联合压缩感知的稀疏重构问题;其次,为了避免重构时向量化操作带来的复杂度,提出了二维联合布雷格曼迭代算法,为实现快速重构,将加权残量迭代、估计停滞步长与感知矩阵条件数优化三种加快收敛速度的思想相结合,既利用了布雷格曼迭代在低信噪比条件下的重构能力又能保证快速成像.最后仿真实验结果表明在欠采样和低信噪比条件下本文算法能够缩短成像时间,且具备更好的噪声鲁棒性.     

导弹目标单、双基地雷达散射截面对比分析

目标单、双基地雷达散射截面(RCS)反映了目标是否容易被单、双基地雷达检测到。目前缺乏单、双基地RCS对比的量化指标。首先定义了双基地RCS相对于单基地RCS的RCS增强因子和RCS增强率,然后应用该定义统计分析了某隐身目标和非隐身目标双基地RCS计算结果。结果显示:对隐身目标,RCS增强因子大,RCS增强率高,对于非隐身目标,其RCS增强因子显著下降,RCS增强率不高。结合指标含义,应用双基地RCS有助于隐身目标检测,而对非隐身目标效果并不明显,这与雷达界认识相一致。这也说明,应用上述两个指标进行单、双基地RCS对比分析是有效的。此外根据隐身目标在较窄双基地角范围内的双基地RCS分析结果,应用双基地角20°~40°范围内的双基地RCS即可提高对隐身目标的检测效果。     

High resolution inverse synthetic aperture radar imaging of three-axis-stabilized space target by exploiting orbital and sparse priors

The development of inverse synthetic aperture radar(ISAR) imaging techniques is of notable significance for monitoring, tracking and identifying space targets in orbit. Usually, a well-focused ISAR image of a space target can be obtained in a deliberately selected imaging segment in which the target moves with only uniform planar rotation. However, in some imaging segments, the nonlinear range migration through resolution cells(MTRCs) and time-varying Doppler caused by the three-dimensional rotation of the target would degrade the ISAR imaging performance, and it is troublesome to realize accurate motion compensation with conventional methods. Especially in the case of low signal-to-noise ratio(SNR),the estimation of motion parameters is more difficult. In this paper, a novel algorithm for high-resolution ISAR imaging of a space target by using its precise ephemeris and orbital motion model is proposed. The innovative contributions are as follows. 1) The change of a scatterer projection position is described with the spatial-variant angles of imaging plane calculated based on the orbital motion model of the three-axis-stabilized space target. 2) A correction method of MTRC in slant-and cross-range dimensions for arbitrarily imaging segment is proposed. 3) Coarse compensation for translational motion using the precise ephemeris and the fine compensation for residual phase errors by using sparsity-driven autofocus method are introduced to achieve a high-resolution ISAR image. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed method.     

改进的双曲等效法用于双站合成孔径雷达前视成像

双站合成孔径雷达(SAR)前视成像有着很多的潜在应用,比如在能见度很低的天气实现飞机的导航和盲降,提高飞机飞行的安全度等.然而实现双站SAR前视成像的难点在于其距离历程的双根式性,直接采用驻定相位原理对其分解将得到复杂的解析式,从而后续算法的推导变得困难.现有的双曲等效法可以将双根式距离历程等效为单根式,但由于该方法为距离历程的二阶近似,当用于双站SAR前视成像时,由于其较大的前视角,未完全等效的距离历程高次项造成的误差已经超出可以接受的范围.针对以上问题,本文首先提出了一种改进的双曲等效法,该方法通过引入新的补偿变量来提高距离历程的等效精度;然后在此基础上推导回波信号的二维频谱解析式,并给出了一种适用于双站SAR前视成像的距离多普勒算法;最后通过仿真实验,将原双曲等效法与改进方法的等效误差以及成像结果做对比,验证了本文算法的有效性和优越性.     

Research on spatial-variant property of bistatic ISAR imaging plane of space target

The imaging plane of inverse synthetic aperture radar(ISAR) is the projection plane of the target. When taking an image using the range-Doppler theory, the imaging plane may have a spatial-variant property, which causes the change of scatter’s projection position and results in migration through resolution cells. In this study, we focus on the spatial-variant property of the imaging plane of a three-axis-stabilized space target. The innovative contributions are as follows. 1) The target motion model in orbit is provided based on a two-body model. 2) The instantaneous imaging plane is determined by the method of vector analysis. 3) Three Euler angles are introduced to describe the spatial-variant property of the imaging plane, and the image quality is analyzed. The simulation results confirm the analysis of the spatial-variant property. The research in this study is significant for the selection of the imaging segment, and provides the evidence for the following data processing and compensation algorithm.     

太赫兹逆合成孔径雷达相位误差分析和补偿方法

通过对太赫兹逆合成孔径雷达(THz-ISAR)成像原理进行分析,构造目标回波距离维相位误差的多项式表示形式,提出了基于启发式最小熵搜索的二次相位误差校正方法和基于距离维自聚焦的三次及三次以上相位误差校正方法,校正了THz-ISAR回波信号距离维的相位误差,进而消除THz-ISAR一维距离像和二维成像结果中的散焦和展宽现象。理论分析和仿真实验结果都表明该方法能够有效补偿目标回波距离维相位误差,提高一维距离像和二维成像的聚焦效果。     

Photonics-based real-time and high-resolution ISAR imaging of non-cooperative target

Real-time and high-resolution imaging is demonstrated based on field trial detection of a non-cooperative target using a photonics-based inverse synthetic aperture radar(ISAR).By photonic generation and de-chirping of broadband linear frequency modulation signals,the radar can achieve a high range resolution thanks to the large instantaneous bandwidth(8 GHz at the K band),as well as real-time ISAR imaging using low-speed analog-to-digital conversion(25 MSa/s).A small-size unmanned aerial vehicle is employed as the noncooperative target,and ISAR imaging is realized with a resolution far better than those achieved by the previously reported photonics-based ISARs.The capability for real-time ISAR imaging is also verified with an imaging frame rate of 25 fps.These results validate that the photonics-based radar is feasible in practical real-time and highresolution ISAR imaging applications.     

双基地合成孔径声呐时间同步误差分析

远探测声波测井技术目前正成为复杂油气藏勘探开发的有力手段,而反射方位信息对于储层评价以及工程措施都至关重要。利用集成了测量单偶极不同方位多分量波场功能的多分量远探测声波测井仪器,研究了单偶极远探测联合识别反射方位的方法。由于仪器的影响,单极子不同方位反射波存在振幅差异,据此可以快速判断反射界面方位,但是其准确性依赖于方位接收器个数。偶极SH反射波幅度反映了反射界面的走向变化,但是存在180◦的不确定性。结合单偶极远探测方法的优势,可以快速准确地识别出反射界面方位。理论模拟和实际数据处理表明,两种方法的联合识别,提高了结果的可靠性。     

复杂场景下基于压缩感知的目标电磁散射与成像

研究了处于复杂场景下目标的逆合成孔径雷达(ISAR)成像问题。首先,建立了目标与复杂环境的电磁散射模型,采用计算电磁学的方法仿真得到了目标的雷达回波数据,进而充分考虑了背景噪声对雷达成像质量的影响。研究发现,目标所处的复杂背景会降低ISAR对目标的成像质量。其次,为减小仿真雷达回波数据所需的计算量,提出采用基于压缩感知(CS)的方法来对该场景进行成像,从而极大降低电磁仿真的计算点数。通过实验发现,在CS成像中,采用数据点使用率为0.4时所得到的成像质量可达到采用转台成像质量的效果。因此,采用基于CS的成像方法,可极大降低目标与场景的电磁散射计算复杂度,使得处于真实复杂场景下的目标电磁仿真和ISAR成像研究切实可行。     

太赫兹极高分辨力雷达成像试验研究

给出了一种载频0.14 THz、带宽5 GHz的极高分辨力太赫兹雷达成像系统样机。系统采用Ka波段毫米波信号二倍频后作为样机收发链路的谐波混频本振,以线性调频连续波信号作为发射信号,接收时采用去斜接收。利用该太赫兹雷达进行了成像试验并得到了1维距离像与逆合成孔径雷达（ISAR）成像结果。结果表明,THz雷达样机实现了3 cm的高分辨力,其ISAR像清晰,反映了目标的细微特征。