临近空间平台高分辨率宽测绘带重复访问合成孔径雷达成像模式及算法研究

本文提出一种临近空间高分辨率宽测绘带快速重复访问模式。发射天线采用线性相控阵列天线,结合合适的接收天线模式,共形成一个主瓣两个栅瓣,对同一成像区域快速重复访问。在方位向高分辨率及距离向宽测绘带的要求下,各子波束方位向回波在方位时域及频域均存在混叠。本文提出一种多通道多子波束重建算法,以对方位向各子波束回波进行分离。采用非线性调频尺度算法对分离后各子波束回波进行成像。并对各子图像的成像性能参数进行研究。本文给出了一个系统设计示例。实验仿真结果表明,本文提出的成像模式及所提出的信号处理流程正确有效。计算所得性能参数表明,各子图像质量可满足实际应用的要求。      

临近空间慢速平台SAR快速成像模式研究及算法研究

临近空间慢速平台合成孔径雷达成像效率低,本文提出一种方位向多波束切换成像模式,实现其对地面区域的快速成像。其基本思路为将方位向测绘带划分为多个子测绘带。同时将所需方位向采样率提高相应倍数。在方位向各采样点周期性的照射方位向各子测绘带。对比传统条带成像模式,本文提出模式可有效提高慢速平台成像效率。当方位向子波束个数足够大时,其方位向成像效率可快于快速平台。所提出的成像模式可同时实现对地面的高分辨率宽测绘带成像。本文给出了系统设计关键参数的计算公式及信号处理流程。仿真结果验证了本文提出成像模式及信号处理流程的有效性。      

太赫兹频段下基于EMD的人体生命特征检测

非接触式的心跳呼吸信号检测对重症患者心跳呼吸的远程监控、自然灾害中受害者的搜寻等都有重要的应用。本文针对人体心跳呼吸信号相对于复杂环境属于微弱信号的情况,提出了一种太赫兹频段下基于经验模态分解(EMD)的人体生命特征检测方法。首先建立太赫兹雷达人体目标回波模型,对回波信号进行经验模态分解。然后进行时频分析,得到心跳呼吸微多普勒信息,提取其频谱质心曲线。再做第二次时频分析,实现心跳呼吸频率的提取与分离。在高斯杂波环境中进行了仿真实验,检测结果表明,基于EMD的检测方法与直接检测方法相比,取得了更好的检测效果,具有较强抗噪能力,适合于微弱信号处理。      

太赫兹雷达目标HRRP特性分析

太赫兹由于其穿透性强、大带宽等优势,在雷达信号处理领域受到了广泛的关注。同时,高分辨率距离像（High Resolution Range Profiles, HRRP）在目标检测、识别以及成像等领域具有很高的应用价值,但是,针对太赫兹频段目标HRRP特性的研究却较少。本文首先从确定信号模型对太赫兹频段目标HRRP的方位角敏感性进行了研究,并利用协方差矩阵的主特征向量提取其平均HRRP,从而达到抑制目标HRRP方位角敏感性的目的。另外,根据距离单元中散射点的不同分布,对太赫兹雷达目标HRRP距离单元进行分类,并分别使用瑞利模型、赖斯模型以及混合分布模型进行统计建模。之后,使用对数积累量方法（Method of Log Cumulants, MoLC）和基于字典的随机最大期望（Dictionary based Stochastic Expectation Maximization, DSEM）算法对上述模型的参数进行估计。最后,利用研制的太赫兹高分辨率雷达系统开展了不同带宽下的复杂目标HRRP特性实验,实验结果表明,太赫兹频段下目标平均HRRP与HRRP帧内其他HRRP的相关系数高于单个HRRP,同时,对于高分辨率下的目标HRRP距离单元统计特性,可以使用混合分布模型对其进行建模。      

EKF、UKF、PF目标跟踪性能的比较

雷达系统的非线性目标跟踪已被人们广泛重视。扩展卡尔曼滤波器（EKF）是将卡尔曼滤波器（KF）局部线性化，其算法简单、计算量小，适用于弱非线性、高斯环境下。不敏卡尔曼滤波器（UKF）是用一系列确定样本来逼近状态的后验概率密度，在高斯环境中，对任何非线性系统都有较好的跟踪性能。粒子滤波器（PF）是用随机样本来近似状态后验概率密度函数，适用于任何非线性非高斯系统。文中通过仿真实验，对三者的性能进行了仿真比较，结果证明在复杂的非高斯非线性环境中，粒子滤波器的性能明显优于另外两种滤波器，但计算复杂，耗时长。     

微型SAR成像量化显示的FPGA实现

针对微型合成孔径雷达(SAR)实时成像处理机高性能、小体积、低功耗的特点和要求,提出了一种基于FPGA实现微型SAR成像灰度量化、显示驱动的设计方案.采用StratixⅡ EP2S180开发板为设计平台,并自行设计了SDRAM和VGA软核控制器.硬件实现了SAR成像压缩后的16bit数据量化为8bit灰度值,成功驱动VGA接口实时显示SAR灰度图像.     

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。     

一种机载SAR层析三维成像算法

针对机载平台难以同时满足多基线SAR层析3维成像所要求的短基线及大孔径问题,本文提出一种基于稀疏信号表示的机载SAR层析3维成像算法。首先基于高频率SAR目标的多散射中心假设,将目标在第3维成像方向上建模为稀疏分布模型,进而根据观测系统几何及信号频率特征构建了冗余字典,从而实现了成像问题到稀疏信号表示问题的转化,并最终通过求解以稀疏性度量函数为正则项的不适定方程获得成像结果。通过仿真实例的成像结果阐述了算法参数对成像的影响,并通过对SAR层析3维成像的仿真结果证明了算法的有效性。     

适用于高分辨SAR图像的全局稳态最小水平集分割方法

该文针对高分辨率SAR图像的分割问题提出了一种新的快速的水平集方法。该方法基于G0分布能够同时描述高分辨率和中低分辨率条件下的SAR图像统计特性,通过水平集方法求解能量泛函最小化实现SAR图像的分割。由于能量泛函被设计为具有全局稳态最小值,使得该方法具有较好的全局分割能力和比较快的分割速度,从而增强了该方法的实用性。利用模拟和真实SAR图像上的分割实验验证了该方法的有效性。     

一种用于非合作式星机双基地SAR中的波束同步技术

已有文献中提出的基于收发波束指向控制的波束同步方法,在非合作式的星机双基地SAR中不适用。根据星机双基地SAR远发近收的特点,提出了一种宽波束接收工作模式用于提高场景长度。针对卫星过顶时间的估计误差和飞机导航系统的误差,提出了一种基于对直达波信号进行处理的补偿方案。仿真结果表明,该文提出的方法能在方位分辨率略好于单星SAR的前提下,使场景长度达到1 km以上。