逆合成孔径激光雷达鸟类目标压缩感知识别方法

鸟类目标的实时探测与准确识别具有重要意义。提出一种基于压缩感知的逆合成孔径激光雷达鸟类目标探测、成像与识别方法。该方法先利用光外差手段和压缩感知采样来大幅降低鸟类目标逆合成孔径激光雷达回波信号距离向上的采样率,再利用时频分析方法来判别鸟类目标运动状态,然后利用压缩感知重构算法来获得鸟类目标高分辨二维像以及利用拟合算法来提取鸟类目标微多普勒特征。结合获得的高分辨二维像和微多普勒特征可共同进行鸟类目标的鉴别和识别。仿真结果验证了文中方法的有效性。

一种逆合成孔径激光雷达成像算法

逆合成孔径激光雷达是一种能实现对运动目标超高分辨实时成像的主动式有源成像雷达。该雷达系统发射的激光信号具有超高频率和超大带宽的特点,因此,微波波段逆合成孔径雷达针对常规目标所采用的回波信号模型不再适用。针对这一问题,给出了适用于逆合成孔径激光雷达的运动目标回波信号模型,分析了激光信号的超高频率带来的脉内多普勒效应,利用基于参考点的运动补偿方法,在匹配滤波处理后通过包络对齐实现对运动参考点轨迹的精确估计,最终获得了精确的参考信号,实现了对运动目标的超高分辨二维成像。仿真结果验证了该算法的有效性。

逆合成孔径激光雷达鸟类目标成像方法研究

对鸟类目标进行高分辨成像是确保飞行安全的重要举措。针对现有雷达分辨率过低问题,提出了利用逆合成孔径激光雷达进行鸟类目标高分辨成像探测的构想。给出了逆合成孔径激光雷达实现鸟类成像的原理框图,以此为基础,建立了鸟类目标成像模型。仿真结果表明:本文模型可以获得鸟类目标高分辨像。

非均匀转动空间目标天基逆合成孔径激光雷达成像

由于没有大气的影响,天基逆合成孔径激光雷达(ISAL)可在远距离上获取空间目标的高分辨率图像,因此具有重要的应用前景。建立了空间目标天基ISAL成像的方位向回波信号模型,在目标非均匀转动二阶近似下,即匀加速转动时,ISAL方位向回波信号可近似为调频斜率和起始频率各异的多分量线性调频(MLFM)信号,采用传统的FFT方法难以实现方位图像聚焦。提出了一种基于Radon-Wigner变换的方位快速成像算法,利用Radon-Wigner变换并结合逐次消去法,在每个距离单元对回波中的MLFM信号由强至弱逐个进行估计,将估计获取的峰值点直接提取并线性叠加,即得到该距离单元的方位像。通过对所有距离单元进行上述处理,即可获得二维ISAL图像。由于该方法在估计出MLFM信号后无需再进行瞬时多普勒成像处理,因此减少了处理流程,算法效率大幅提高。仿真试验表明,相比传统的距离瞬时多普勒成像算法,该算法平均处理时间从222.66 s降低至23.51 s,在低信噪比情况下图像中目标轮廓更显著,更易于检测识别。

逆合成孔径激光雷达鸟类目标方位向高分辨稀疏合成方法

逆合成孔径激光雷达鸟类目标方位向高分辨合成对于鸟类目标成像及识别具有重要意义。针对逆合成孔径激光雷达鸟类目标方位向高分辨合成过程中数据不完整问题,提出一种基于压缩感知的稀疏合成方法。该方法能以较少的有效数据获得准确的高分辨方位,且具有一定的鲁棒性。仿真结果证明了该方法的有效性。

逆合成孔径激光雷达空间目标成像研究

空间目标的运动模式综合了直线飞行和绕轴旋转两种运动,逆合成孔径激光雷达对其成像时要进行直线运动补偿。补偿过程中使用的目标飞行速度,可以由外差接收模式测得。这种方法不仅准确、快速,而且比过去使用的速度估计法精度更高。阐述了对空间目标外差测速、运动补偿、重构成像的原理,并使用MATLAB分别对外差测速法和速度估计法的成像效果进行了仿真和对比,证实了外差测速法具有成像分辨率高、信息处理量小、运算速度快等优势。

匀速运动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

由于逆合成孔径激光雷达(ISAL)发射信号具有超短波长、超大带宽的特点,在对匀速运动目标成像时,其回波信号存在色散效应,且目标散射点容易产生越距离单元徙动,利用传统的距离-多普勒成像算法将无法获取理想的ISAL图像。在对匀速运动目标回波精确建模的基础上,深入分析了由于目标运动引入的距离色散。提出利用分数阶Fourier变换(FRFT)补偿距离像色散,并对距离压缩后的回波信号进行预相干化处理,之后结合keystone变换消除目标散射点存在的越距离单元徙动,并最终实现对目标的高分辨成像。仿真实验验证了成像算法的有效性。

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.

天基逆合成孔径激光雷达LEO目标成像模式设计

对采用天基逆合成孔径雷达(ISAL)对300~2000 km轨道高度的低轨(LEO)目标的掠飞和绕飞成像模式进行了性能分析及可行性探究,分析了成像分辨率和成像时间、最小无模糊脉冲重复频率(PRF)和回波信噪比(SNR)等系统关键指标,并进行了对比。研究结果表明:绕飞成像模式相比于掠飞成像模式可以实现对于目标的多角度持续观测,且绕飞周期较短(1.5~2.1 h),可以快速获取更为丰富的目标信息,具备进一步三维ISAL成像的潜力;脉冲积累时间虽然更长,但在300~2000 km轨道高度范围只有130~190 ms(掠飞成像为0.1~130 ms);最小无模糊PRF(对于10 m转动直径的目标,约为15 Hz)减少一半(减少了对激光器高重频的要求);由于更长的脉冲积累时间,绕飞模式的回波信噪比更高,通过后期处理可以获得更为清晰的图像结果;适用于对重要目标和高价值资产进行快速、高分辨率、全方位的持续观测。而掠飞模式适用于对相近轨道高度面的LEO目标进行遍历和成像,从而建立目标的特征库。

利用压缩感知的逆合成孔径激光雷达成像新方法

受限于激光调制技术,在较长的积累时间内,逆合成孔径成像激光雷达发射脉冲之间的相干性难以保持,导致方位向散焦,影响成像效果.为此提出了一种在较短相干积累时间内,利用较少回波数据实现同等分辨率的瞬时成像算法.此算法利用压缩感知理论,将逆合成孔径成像激光雷达成像问题转换为利用正交基压缩感知重构稀疏信号的问题,通过优化求解的方式对目标像优化重建,且在低信噪比时通过构造权矩阵,提高算法对目标像的恢复性能.室内逆合成孔径成像激光雷达验证系统实测数据验证了算法的可行性和有效性.

基于天基逆合成孔径激光雷达的静止轨道目标成像

由于没有大气扰动的影响,利用天基逆合成孔径激光雷达(ISAL)对静止轨道目标成像成为可能。初步设计了对静止轨道目标成像的天基ISAL的运行轨道,分别分析了在顺行轨道和逆行轨道下,天基ISAL轨道高度对重访周期、成像分辨率和成像积累时间的影响;给出了ISAL方位成像的最小无模糊脉冲重复频率(PRF),分析了回波信噪比与成像距离、收发孔径之间的关系。研究结果表明,利用逆行轨道的天基ISAL对静止轨道目标成像是初步可行的。

基于FRFT-CLEAN的机动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

逆合成孔径激光雷达(Inverse Synthetic Aperture Ladar,ISAL)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。对于机动性满足二阶运动近似的目标,分析了其ISAL回波信号特征,该文提出一种基于FRFT-CLEAN的ISAL成像算法。该算法利用分数阶Fourier变换(FRactional Fourier Transform,FRFT)消除距离色散。在运动补偿后,利用FRFT并结合CLEAN技术(FRFT-CLEAN)实现对机动目标的方位成像。仿真实验证明了该方法的有效性。

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.

逆合成孔径激光雷达回波信号特征分析

逆合成孔径激光雷达(inverse synthetic aperture ladar,ISAL)发射信号具有超短波长、超大带宽的特点,其回波对目标运动具有极强的敏感性,因而ISAL回波信号特征与常规ISAR回波有很大不同。建立了ISAL回波的精确模型,研究了由于目标运动引起的回波包络展缩、脉内多普勒和脉冲间多普勒效应,并给出了它们的近似方法及约束条件,仿真分析了目标在不同运动参数下回波信号的包络展缩、脉内多普勒效应对ISAL成像的影响,结果表明上述效应会造成图像的散焦,需要在成像中进行相应补偿。

自旋目标逆合成孔径激光雷达成像算法

受激光调制技术的限制及大气湍流的影响,逆合成孔径激光雷达对自旋目标成像的过程中存在方位多普勒模糊和回波不相干的问题.同时,在成像中相邻回波脉冲间目标转角较大,回波相关性很差,现有的一些相位误差补偿算法难以补偿上述相位误差,传统方位相干积累法无法获取聚焦良好的二维图像.本文利用回波包络信息进行成像,建立了自旋目标逆合成孔径激光雷达成像的空间几何模型,分析了回波信号的特征,提出了一种基于广义Radon变换的自旋目标逆合成孔径激光雷达成像算法.首先采用自相关法在距离-慢时间域对距离压缩后的包络求取目标的自旋角速度,之后对距离-慢时间域的包络作广义Radon变换,实现对包络的非相干积累,并获得自旋目标的二维高分辨图像.由于没有利用回波相位信息,因此避免了相位误差的影响.仿真结果表明:传统距离-多普勒算法无法成像,而提出的方法在低信噪比、多普勒模糊和回波不相干条件下仍能够获得聚焦良好的图像.

一种适合逆合成孔径激光雷达的成像算法

逆合成孔径激光雷达是主动式有源成像雷达,能够实现高速运动物体的实时高分辨成像。但传统R-D算法很难得到目标的二维高分辨图像。提出一种适合逆合成孔径激光雷达成像的算法,通过时频分析法分析逆合成孔径激光雷达的回波信号特征,对光外差探测后的回波信号进行重排Wigner分布和Radon变换的处理,估计出目标的运动速度,通过构造有效的补偿因子,实现对目标的二维高分辨率成像。通过仿真实验得到了分辨率更高的图像,验证了此方法的有效性。

激光雷达逆合成孔径成像技术现状及关键问题

逆合成孔径成像激光雷达是成像雷达体制的创新和拓展,是逆合成孔径技术和激光雷达技术的创造性结合,以其理论上优异的成像性能和在军事、民用领域的应用前景引起了人们的关注。结合国外典型的逆合成孔径成像激光雷达系统,介绍了该技术的研究进展和现状,理论上分析了激光波段逆合成孔径成像技术相比于微波波段的优势和瓶颈,该技术具有方位向分辨率高、相干积累时间短等优点,但其较大的多普勒频移致使运动补偿相位校正十分困难,讨论了激光雷达逆合成孔径成像技术发展面临的关键问题,诸如激光光源频率稳定性需求、相干探测条件、运动补偿和大气传输补偿等。为进一步对激光雷达逆合成孔径成像技术进行深入理论和实验研究打下了基础。

合成孔径激光雷达成像研究进展综述

激光成像雷达是一种处理目标散射光成像的设备,在探测精度上有显著优势,但是分辨率受波束宽度和目标距离限制,因此将其与合成孔径技术相结合,得到合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Li-dar,SAL)。SAL作为一种主动探测雷达,拥有更短的合成孔径时间,且成像分辨率与距离无关,可以进行大面积成像,已经成为国内外的研究热点。除此之外,SAL还具有体积小、重量轻、抗干扰强等特点,因此难以被侦测,具有良好的军用和民用潜质。但是由于激光波长短,必然会引起相位误差以及调制受限等难题,本文主要就相位误差处理、光视场优化和ISAL三方面对近十年SAL的研究发展进行了概述,具体分析了不同方法的原理、所解决的问题以及所遇到的瓶颈,并根据其发展趋势进行了预测和展望。

基于Nelder-Mead单纯形法的逆合成孔径激光雷达联合补偿成像算法

逆合成孔径激光雷达(ISAL)的调制信号具有高频率、大带宽的特性,使传统逆合成孔径雷达的"一步一停"模型不再适用。通过建立精确的ISAL成像模型,分析了ISAL成像过程中存在的平动误差、转动误差和模型误差。针对传统ISAL采用平动、转动分离补偿时,由于平动误差补偿存在残余误差而影响转动误差补偿的问题,因此提出基于Nelder-Mead单纯形法和拟牛顿法的联合补偿成像算法。该算法首先采用Nelder-Mead单纯形法对目标运动参数进行优化迭代搜索,将得到的优化解作为运动补偿项对三类误差进行全局补偿,然后利用拟牛顿法补偿残余误差。仿真实验结果表明,与传统分离补偿算法相比,本文算法可以精确估计目标的运动参数,获得聚焦良好的高分辨率ISAL二维图像。

逆合成孔径激光雷达机动目标运动补偿成像算法

逆合成孔径激光雷达(ISAL)成像运动补偿中,包络对齐的精度直接影响了相位误差估计精度。当目标速度和加速度较大时,距离包络严重倾斜且相位误差较大,图像无法进行良好聚焦。针对上述问题,在高精度成像模型的基础上提出了一种基于Nelder-Mead单纯形法和粒子群优化的全局联合运动误差补偿算法。首先,利用单纯形法估计目标速度,完成包络对齐。然后,将包络对齐过程获得的目标速度作为相位误差估计中参数初始化的约束条件。最后,用粒子群优化算法对各运动参数进行全局搜索并得到最优解,实现高精度运动参数估计及高阶相位误差补偿,得到聚焦良好的二维图像。实验结果表明,本算法的参数估计误差主要分布在±0.2%以内,参数估计精度和抗噪声性能均优于传统ISAL成像算法。