基于目标物理特征和压缩感知的地雷目标鉴别方法

通过压缩感知(Compressed Sensing, CS)算法可以实现对目标的稀疏成像,并获取其空间散射结构用于目标鉴别和识别。该文针对穿透地表成像的前视超宽带虚拟孔径雷达(Forward Looking Virtual Aperture Radar, FLVAR)实测数据,以CS理论为基础对地雷目标进行稀疏成像,利用地雷目标电磁散射的稀疏性实现其散射结构的提取,将目标散射特性转化为与物理结构相关的几何特征,并基于该特征进行目标的分类鉴别。新方法不仅拓展了地雷鉴别的新思路,而且也为压缩感知在目标散射结构提取和目标鉴别上的应用进行了初步有效的尝试。     

基于贝叶斯压缩感知的合成孔径雷达高分辨成像

基于压缩感知(CS)的合成孔径雷达成像方法可以显著减少数据采样时间、数据量以及节省信号带宽。然而,基于CS的方法对噪声和杂波相当敏感,在信噪比较低的时候,成像质量较差。该文结合CS理论提出了合成孔径雷达中的随机孔径贝叶斯压缩感知(BCS)高分辨2维成像方法。在距离向应用CS减少采样数据的同时,在方位向随机抽取部分孔径位置发射和接收信号,以少量的测量孔径和测量数据获得重建目标空间的足够信息。基于贝叶斯的分析方法由于考虑了成像场景中的杂波以及压缩采样过程中的加性噪声,因而能够更好地重建目标空间。仿真结果表明,基于贝叶斯方法得到的图像比基于FFT方法得到的图像更加尖锐,比基于CS方法得到的图像更加稀疏,因而具有更高的分辨率。     

脉冲超宽带中压缩感知的应用

目前,超宽带(UWB)技术是受到高度重视的一种短距离高速率的无线通信技术,在军事、雷达定位、灾害救援、测距及通信等领域均所应用。然而,由于频谱资源更加珍贵的条件下,使得超宽带无线通信技术的地位越来越重要。脉冲超宽带是其最为经典的实现方式,将压缩感知技术应用到脉冲超宽带中,可有效降低接收机的采样率,具有重要实践意义。     

基于压缩感知的随机噪声成像雷达

近年来提出的压缩感知(CS)理论指出可以从很少的采样点中以很大的概率准确重建原始的未知稀疏信号。该文将压缩感知与随机噪声雷达相结合,提出了基于压缩感知的随机噪声雷达,并给出了该雷达系统的基本原理框图,从理论上证明了基于压缩感知的随机噪声雷达的回波观测矩阵具有很好的等容性质,在目标场景稀疏或可以稀疏表示时,基于压缩感知的随机噪声雷达可以采集远小于常规随机噪声雷达成像所需的回波数据并能实现准确成像,最后通过仿真实验验证了该文的结论。     

基于随机编码变换压缩感知超宽带信道估计

提出了一种产生简便的基于随机编码变换的压缩感知的超宽带信道估计方法,给出了基于压缩感知方法的UWB信道估计模型,研究了子空间追踪的压缩感知UWB系统的信道估计方法。对系统在IEEE 802.15.3a CM1信道下的信道响应进行了估计,仿真结果表明该方法是有效的。     

基于贝叶斯压缩感知的噪声MIMO雷达稳健目标参数提取方法

针对压缩感知雷达(Compressive Sensing Radar, CSR)面临测量噪声、信道干扰及系统精度误差等扰动时,非自适应随机测量值和感知矩阵失配导致传统CSR目标参数提取性能下降的问题,该文提出一种基于贝叶斯压缩感知(Bayesian Compressive Sensing, BCS)的噪声MIMO雷达稳健目标参数提取方法。文中首先建立了噪声MIMO雷达的稀疏感知模型,推导了基于目标参数稀疏贝叶斯模型的联合概率密度函数,随后将BCS方法与LASSO (Least-Absolute Shrinkage and Selection Operator)算法相结合对联合概率密度函数进行优化求解。与传统CSR算法相比,该方法能够在CSR系统模型存在失配误差时对目标参数进行有效估计,降低了目标参数估计误差,改善了CSR目标参数提取的准确性和鲁棒性。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

超宽带信道建模中基于压缩感知的解卷积算法

针对频域测量方式下的超宽带(UWB)信道测量数据后处理,该文提出了用具有高斯滚降特性过渡带的类高斯窗,提取符合中国UWB频谱规范的信道测量数据,并将类高斯窗对应的时域脉冲作为先验信息,使用基于压缩感知(CS)的算法对时域信道测量信号解卷积,使得解卷积后的信道冲激响应具有高分辨率特性。利用频域加窗补零,以及改变解卷积算法中参数化波形字典原子的步长,可以得到不同分辨率的解卷积结果。采用匹配追踪(Matching Pursuit,MP)算法作为CS的重构算法。针对一间办公室的视距(LOS)与非视距(NLOS)信道测量数据处理结果表明,基于压缩感知的解卷积算法可以用较少的观测值获得和CLEAN算法相近的解卷积性能。     

基于方位不变特征的地雷检测方法

车载前视超宽带地表穿透雷达在地雷探测中遇到的困难是虚警率过高,地雷与杂波在全孔径图像中很难准确区分。为降低地雷探测过程中的虚警率,该文提出一种基于目标子孔径图像方位不变性的检测方法。该方法利用分裂发射虚拟孔径成像模型,将全孔径图像分解为左右两个子孔径图像,并根据子孔径图像中的目标一维距离剖线建立双峰特征模型。在此模型基础上提取具有方位不变性的若干特征,进而得到左右子孔径图像中目标的一致性度量,并将该一致性度量作为最终的特征向量送入鉴别器加以判别。经实测数据验证,该算法能有效剔除原先在全孔径图像中无法剔除的杂波,从而降低前视地表穿透合成孔径雷达中地雷探测的虚警率。      

利用压缩感知实现随机变频雷达散射中心估计

随机变频信号体制不仅可以降低系统瞬时带宽和数据采样率,还具有很强的抗干扰能力,然而,信号频率的随机变化导致现有目标散射中心估计方法失效。推导了随机变频信号的回波模型,在分析回波稀疏特性的基础上,提出了一种基于压缩感知的散射中心模型参数估计方法,将参数估计问题转化为压缩感知理论中的稀疏信号重构问题,并分析了感知矩阵对稀疏信号的重构性能。实验结果表明,所提方法能够在降低数据采样率的情况下对目标散射中心参数进行有效估计。     

压缩感知在超宽带雷达成像中的应用

利用信号的先验稀疏性,通过压缩感知(Compressive Sensing,CS)方法可以实现从少量的非适应性随机测量数据重建原始信号。将压缩感知理论应用到超宽带雷达高分辨率成像中,提出基于CS理论的二维方位-距离向成像算法,可以显著减少数据采集时间、数据量、处理时间以及节省信号带宽,并利用矢量网络分析仪(Vector Network Analyzer,VNA)测量的实验数据验证了采用时间和空间减采样数据的CS算法可以实现与传统的延迟-求和波束形成方法(Delay-Sum Beamform-ing,DSBF)相当的成像质量和分辨率。     

一种超宽带SAR地雷散射方位不变特征提取新方法

利用机载或车载超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)可以实现大区域地雷和雷场远距离快速探测,是探雷的发展趋势.为了降低地雷检测中的虚警,需要提取有效的地雷特征区分地雷和杂波.本文提出了一种基于高维时频分布(HDTFD)的地雷散射方位不变特征提取方法,具体实现可采用高维Wigner-Ville分布(HDWVD)和高维Choi-Williams分布(HDCWD)等.基于HDTFD特征提取方法能够在保持高空间分辨的同时,有效提取散射函数中关于频率和方位角信息.利用Rail-GPSAR系统实测数据比较了基于HDWVD和基于HDCWD特征提取方法在分辨率、交叉项抑制和方位不变特征提取等方面的性能.实测数据处理结果说明基于HDCWD特征提取方法更适合实际数据处理.     

基于压缩感知的SAR抑制旁瓣技术研究

压缩感知技术其数学本质是一种基于稀疏约束的欠定方程求解技术。该文提出了一种基于压缩感知的旁瓣抑制的方法,该方法在高信噪比的条件下不但可以利用场景目标散射系数稀疏先验信息抑制旁瓣,在场景目标散射系数足够稀疏的情况下还可以通过增加采样率且利用文中所介绍的方法提高分辨率且此分辨率能够突破系统能够达到的最高的物理分辨率,达到超分辨的效果;在低信噪比条件下不但较好地抑制了旁瓣,同时还抑制了噪声的影响。最后通过1维,2维成像仿真以及实际数据处理验证了此算法的有效性。     

基于复卷积的超宽带SAR干扰技术

超宽带SAR通过二维压缩处理获得了高处理增益,大大提高了其抗干扰能力,传统的干扰技术已经无法对超宽带SAR实现有效干扰。利用雷达发射信号与噪声函数进行复卷积形成的干扰信号,在雷达信号处理中可以获得与目标回波信号相当的处理增益,从而可以大大降低对干扰功率的要求,因此在超宽带SAR干扰技术中具有很大的应用潜力。噪声函数形式不同,其干扰效果也有明显的区别。通过理论分析,探讨了基于复卷积的干扰技术理论基础及噪声函数形式对干扰效果的影响,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

P 波段超宽带雷达接收机的设计与实现

P 波段合成孔径雷达因其穿透性强而受到广泛关注,但是因其频段低而带宽宽,使得接收机的设计面临诸多挑战。文中介绍了一种工作中心频率为330 MHz 、相对带宽达60￡￥ 、动态范围达80 dB 的合成孔径雷达接收机的设计过程。提出了P 波段超宽带雷达接收机的设计方案;同时,对噪声系数、增益、动态范围等关键指标进行了详细的分析和计算。解决了大动态范围增益控制、宽带幅频平坦特性、带外抑制度等技术难题。设计完成的接收机各项指标均达到或优于系统要求,并成功应用于雷达系统中。     

超宽带线性调频雷达目标回波模型

超宽带雷达具有高分辨能力,它探测到复杂目标时,目标总的电磁散射是多散射中心的合成,回波信号不同于普通的窄带雷达回波。文中分析了在超宽带信号照射下的目标散射特性,得到超宽带雷达的一般模型。     

地表穿透合成孔径雷达浅地表金属地雷二维电磁特征研究

利用机载或车载地表穿透合成孔径雷达(GPSAR)可以实现地雷和雷场的远距离大区域快速探测,是探雷的发展趋势.为了降低地雷检测中的虚警,需要基于地雷和杂波电磁特征设计有效的检测器.本文提出了GPSAR浅地表金属地雷二维电磁特征计算方法,理论计算结果与Rail-GPSAR实测数据基本吻合.电磁建模结果表明,浅地表金属地雷图像具有双峰特征,它将有效的提高地雷检测性能.     

矩形介质天线的时域分析

用经典的EDC近似方法分析矩形介质波导的传输特性,由边界条件导出传输常数满足的特征方程,应用代数学中经典的对分法进行求解,从而获得矩形介质杆中波传播的相速度和内外能量分布与介质杆的相对尺寸之间的关系曲线,据此分析矩形介质杆用作时域天线的可行性,并给出介质杆参数选择的依据。还使用FD—TD(时域有限差分法)模拟计算矩形介质杆天线对高斯脉冲的辐射,分析介质杆的横向尺寸、长度及终端渐变方式对天线辐射特性的影响,多次模拟比较,从而确定介质杆天线的材料和尺寸参数。结果表明这种天线适合用作时域天线。     

宽带线性调频雷达数字去调频直接采样技术

提出了一种宽带线性调频信号去调频接收的新方法-数字去调频直接采样技术,可以大大降低了宽带线性调频信号去调频接收机模拟部分的实现难度,并能提高工作性能和稳定性.     

雷达软件化技术探讨

在对现役雷达装备的缺陷及未来雷达面临的挑战进行分析的基础上,分析了未来雷达应具备的重要特征,提出了解决这一问题的重要途径就是实现雷达软件化。提出了雷达软件化硬件平台的构想并对实现雷达软件化应解决的关键技术进行了探讨。