融合毫米波与激光雷达的障碍物检测与跟踪方法

在园区环境中,无人车装载单一毫米波雷达或激光雷达传感器进行障碍物检测跟踪时存在探测范围有限、准确率低及稳定性差等问题。为此,提出一种基于毫米波雷达与激光雷达融合的多障碍物检测跟踪方法。利用改进欧氏聚类算法对道路内激光点云目标进行提取,基于信息筛选策略获得毫米波雷达数据中的有效目标;基于目标检测交并比与可靠性分析,对2种目标进行自适应融合,并利用跟踪门与联合概率数据关联(JPDA)算法完成前后帧数据匹配;应用多运动模型交互与无迹卡尔曼滤波实现障碍物跟踪。实车实验表明:相比单一毫米波雷达与激光雷达障碍物检测跟踪,所提方法有更好的准确性与稳定性。

基于迭代二次优化算法的低截获波形序列设计

对抗条件下,低截获雷达通过发射特殊波形防止非合作电子侦察系统截获和检测其发射信号,是现代雷达技术的重点研究方向。该文旨在降低电子侦察系统的功率截获概率,在保证目标的辐射能量基础上,针对短时傅里叶变换(STFT)宽带数字侦察接收机特点,从能量的时频分布的角度将波形设计技术应用到无源对抗领域。首先,建立STFT宽带数字侦察接收机检测低截获模型,利用2次优化模型,将低截获问题转变为恒包络序列迭代优化问题;然后,为了获得较好的自相关性能,利用辅助标量,将优化模型转化为2次和形式,结合迭代算法得到了所提低截获波形序列;最后,讨论了计算复杂度。从仿真结果上看,所提序列比常见相位编码信号在相同的接收信噪比下具有更优的低截获能力,另外,引入Pareto权对所提序列的自相关特性进行控制,有效地提高了设计灵活性。

基于超视距的外辐射源信号提取在被动探测中的应用分析

目前外辐射源雷达主要以接收辐射源的直达波信号为主,该方式提取的直达波信号信噪比高,利于后续目标信号检测和处理,但需要收发站通视,对直达波天线架高有要求,这极大地限制了该体制的应用。基于此,文中提出在沿海低海拔条件下,利用超视距侦察截获辐射源信号成为非合作探测的基准信号的思路,分析了其探测机理,和理论误差模型,并结合工程实际,提出了可实现的工程样机,分析了性能指标,给出了仿真结果。结果表明该思路可以应用在后续的工程实践上。

基于极化SAR梯度和复Wishart分类器的舰船检测

舰船检测是极化SAR系统的重要应用之一。现有的舰船检测方法容易受到旁瓣泄露的干扰,使得舰船目标的形态难以提取,导致检测结果不符合真实情况。此外,在舰船过于密集、尺度不一致的情况下,相邻舰船由于旁瓣的影响有时会被认为是单个目标,从而造成漏检。针对这些问题,该文提出一种基于极化SAR梯度和复Wishart分类器的舰船检测方法。首先,将似然比检验(LRT)梯度引入对数比值梯度框架,使其适用于极化SAR数据;基于LRT梯度图进行恒虚警(CFAR)检测,提取舰船的边缘信息,消除伪影的同时抑制强旁瓣对舰船精细轮廓提取的影响。其次,利用复Wishart迭代分类器对舰船强散射部分进行检测,可排除大部分的杂波干扰且保持舰船形态细节。最后,将二者信息融合,从而可以保持舰船形态细节的同时克服旁瓣和伪信号的虚警。该文在3幅来自ALOS-2卫星的极化SAR图像上进行了对比实验,实验表明与其他方法相比,该文所提算法具有更少的虚警和漏检,且能够有效克服旁瓣泄露,保持舰船形态细节。

基于宽窄带综合的飞机机型识别方法

针对传统单模态雷达飞机目标细粒度识别能力不足的问题,提出一种基于宽窄带综合的飞机机型识别方法.通过卷积网络挖掘宽带一维距离像的局部散射特性,递归神经网络挖掘窄带微动回波不同时刻的上下文特性,达到信息互补的目的.同时,针对两种模态在决策融合时存在强弱不平衡问题,设计了一种自适应决策融合网络,实现了对飞机目标的机型识别.利用七种飞机机型的仿真宽窄带数据进行了实验验证.仿真结果表明,本文方法平均识别准确率为76.7%,较传统方法提升6.4%以上.

基于毫米波雷达的非视距目标探测和定位方法研究

隐蔽非直视目标探测和定位技术在城市巷战、安防、防暴等领域具有广泛的应用。本文针对L形非视距区域内单目标的探测与定位问题进行研究。首先,对雷达布设位置及可探测区域进行了分析;其次,针对共同可探测区域,设计了多路径联合检测器;最后,基于设计的多径雷达应用系统,利用所提检测定位方法进行实验验证。与现有研究相比,本文的创新点在于:在L形非视距场景下,对宽波束毫米波雷达布设位置及可探测区域进行分析并给出合理建议;其次利用所提多路径联合检测器将不同反射面的多条路径联合使用,提高了检测性能。本文通过实验验证了系统的可靠性及雷达位置对可探测区域的影响,通过仿真与实验探究了所提检测器的性能改善。

基于航迹数据的改进DBSCAN聚类算法研究

为研究模拟训练航迹数据聚类,针对基于密度的噪声应用空间聚类(DBSCAN)算法参数选取不精准、聚类准确度不高的问题,提出一种改进的DBSCAN聚类算法.首先,通过KNN算法计算邻域半径并得到用于DBSCAN聚类的初始化核心数据对象,实现粗聚类;其次,根据数据对象的特点,加入航向特征进行二次聚类,既解决了DBSCAN算法随机初始化核心点和参数选取难的问题,又加入能够反映数据方向的特征;最后,进行了仿真实验.实验结果表明,改进DBSCAN算法比传统DBSCAN算法具有更好的聚类效果.

重叠阵元时分复用MIMO雷达多目标参数估计方法研究

针对多普勒-角度耦合和速度模糊问题,该文提出一种基于重叠阵元MIMO阵列的多目标参数估计方法。该方法基于虚拟孔径原理,在传统MIMO天线阵列中引入重叠阵元,构建重叠阵元MIMO天线阵列。通过在角度快速傅里叶变换(FFT)算法中引入循环迭代的方法估计阵列位置参数,利用重叠阵元回波信号的相位差值进行频率估计。同时,引入频谱搬移方法对速度区间进行转换,实现多目标的距离和速度估计。通过蒙特卡罗仿真实验,信噪比15 dB的条件下,解模糊正确率为100%,速度误差为0.1 m/s,角度误差为0.1°。基于城市交通场景采集的车辆数据集进行测试,测试结果表明,该方法能够实现对车辆目标的速度和角度精确估计,可满足交通雷达对车辆信息监测的实时性和准确性需求。

PRI-PSK离散复合编码脉冲串优化设计算法

针对设计具有优良模糊函数和探测性能的重复间隔相位编码(PRI-PSK)离散复合编码脉冲串问题,研究引入脉间离散脉冲重复间隔编码和脉内离散相位编码。通过分析脉冲串中心模糊函数,建立了以最小化模糊函数积分旁瓣为优化目标的PRI-PSK离散复合编码脉冲串波形优化模型。在优化方面,基于最优性条件(KKT)优化框架和交替方向乘子法(ADMM)构建了一个用于优化PRI-PSK离散复合编码脉冲串波形的KKT-ADMM算法。仿真结果表明,所提算法能够显著降低距离和速度模糊函数的积分旁瓣水平,从而有效改善了脉冲串波形的整体性能,此外所设计的波形相较于常规编码信号在转发干扰抑制方面具备不错的抗转发干扰特性。

机载有源相控阵火控雷达技术发展

机载火控雷达是战斗机平台获取信息的主要传感器,经历了测距机、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达的发展历程。文中通过对现有战斗机火控雷达现状分析,结合未来战斗机平台作战需求分析等多个角度分析对机载火控雷达的需求和技术牵引,结合射频一体化、分布式探测、智能蒙皮、隐身探测和芯片化等新兴技术,展望未来机载火控雷达发展趋势,为后续机载火控雷达设计与研究提供参考借鉴。

射频隐身仿真分析和评估研究

当前对飞行器平台射频隐身的重视度越来越高,为了贴合实际地分析评估射频隐身性能,提出了一种用于多机协同传感器信号级联合仿真的评估方法。结合射频特征、低被截获性能表征指标以及作战场景、飞行器平台、雷达模型、截获接收机模型和低被截获性能分析算法模型,构建了可以用来对多机协同等作战样式下的射频隐身性能进行分析评估的仿真系统,为射频隐身设计提供支撑依据与评估验证环境。针对信息量大、复杂度高的表征参量计算模型,研究其近似快速算法,提高仿真系统的实用性。

距离角度失配条件下的FDA-MIMO雷达运动目标检测算法

频控阵-多输入多输出(Frequency Diverse Array-Multiple Input Multiple Output,FDA-MIMO)雷达是一种新体制雷达,其发射频率分集特性带来了额外的距离维信息,然而采样误差同样带来了导向矢量失配的问题,不仅如此,角度误差的存在也会进一步加重导向矢量的失配,极大地影响检测器的检测性能。此外,目标速度过快也会对FDA-MIMO雷达的目标检测性能产生影响。速度带来的影响具体表现在两个方面:一方面会导致目标的距离走动,从而导致不同慢时间的回波包络不能对齐,无法相干积累;二是频率增量引起的多普勒扩展,使得不同发射通道的多普勒频率不一样,这会进一步影响检测性能。针对上述问题,本文针对运动目标情况下的目标检测问题进行研究,为了解决目标运动带来的距离徙动和多普勒扩展效应,引入Keystone变换进行校正。此外,为了提升阵列失配条件下的目标检测性能,本文引入子空间模型,提出了距离角度失配情况下的子空间构建方法,并基于广义似然比检验(Generalized Likelihood Ratio Test,GLRT)准则推导了FDA-MIMO雷达在距离和角度失配条件下的自适应检测器。仿真结果表明:在高斯白噪声背景下,所提算法可以校正运动目标在速度较快情况下导致的距离徙动和多普勒扩展效应,且在阵列距离和角度失配条件下的检测性能优于传统的GLRT检测器。此外本文所提Keystone-空域处理检测器与Keystone-全空时处理检测器的性能接近,且计算复杂度更低。

一种雷达测试中通道误差自适应补偿技术

文章针对多模式、多带宽脉宽组合的雷达系统调试测试时通道误差提取与补偿效率低的问题,提出了一种通道误差随参数变化的自适应补偿技术。该方法可在通道误差模型的基础上,根据各工作模式所设定的带宽、脉宽组合自适应生成幅相误差补偿曲线,并以回波模拟器通道误差自适应补偿为例给出了误差模型获取与自动生成的具体步骤。通过某雷达系统测试过程中的试验验证,所提出的方法幅度误差提取结果相比逐次提取结果偏差小于0.02dB,相位误差提取偏差小于0.2度,满足通道误差补偿的需求,不仅适用雷达系统调试测试,还可应用于其他通道特性稳定系统的通道误差补偿,避免繁杂的手动操作,提高测试效率。

X频段星载合成孔径雷达与船载雷达系统共存研究

依据《无线电规则》和《中华人民共和国无线电频率划分规定》第5.476A款要求,9GHz频段卫星地球探测业务(有源)不得对同、邻频的水上无线电导航和无线电定位业务台站、无线电导航台站、固定业务电台等产生有害干扰,亦不得要求这些台站提供保护。本文主要评估X频段星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar Satell,简称SAR卫星)与船载雷达系统的干扰共存问题。研究表明,SAR卫星对同、邻频的水上无线电导航系统存在一定概率的干扰,且干扰的大小超出了水上无线电导航业务系统的干扰协调门限。因此,SAR卫星使用X频段时,需要评估对水上无线电导航业务系统的干扰。

基于数据失真的雷达通信一体化OFDM波形设计方法

正交频分复用(OFDM)波形设计是实现雷达通信一体化的物理层关键技术之一。OFDM波形通常存在峰均功率比(PAPR)高,以及波形自相关旁瓣电平高的问题。该文针对现有联合降低PAPR和自相关旁瓣方法存在的通信速率下降问题,提出了一种基于数据失真的一体化波形设计方法。该文还将通信数据的误差矢量幅度作为优化目标之一,降低了数据失真引起的通信误码率。首先,构建了PAPR约束下最小化积分旁瓣比和误差矢量幅度的优化模型。其次,根据调制星座图特点,通过外围星座调制的数据失真和所有调制数据失真,将多目标高维非凸优化问题转化为两个单目标优化子问题,分别采取凸松弛操作和交替方向乘子法(ADMM)求解简化后的子问题,得到低积分旁瓣比波形和PAPR约束下的低误差矢量幅度波形。仿真结果表明该方法设计的一体化波形可满足PAPR要求,同时具有良好的感知和通信性能。

对海检测板的国产化设计

介绍了某雷达对海检测板的国产化设计,对可编程阵列逻辑(FPGA)和总线驱动芯片周围部分硬件电路进行重新设计,对软件语言进行翻译,并完成了整机试验验证。新设计的对海检测板国产化率达到100%。

激光雷达创新与应用专题导读

近年来,激光雷达技术发展迅猛,在科研与产业领域发挥出越来越重要的作用,赋予遥感、成像、环境感知等领域新的生命力。《光电工程》组织了“激光雷达创新与应用”专题,围绕单光子激光雷达、合成孔径激光雷达、调频连续波激光雷达、环境要素激光雷达、成像激光雷达,以及应用于激光雷达的新型精密测量技术等几个方面,介绍了近期的主要研究进展,为相关领域学者和专家提供技术研究的参考及合作交流的平台,积极推动我国激光雷达技术的研究进程。

盖革APD激光雷达高空间分辨率三维重构方法研究

盖革模式阵列APD激光雷达由于像元数的限制导致重构的三维距离像分辨率低,严重限制了对场景信息的感知识别能力。为此,提出一种基于改进图像引导的盖革模式阵列APD激光雷达超分辨三维图像重构算法。主要研究基于配准后的盖革APD低分辨距离图像、增强电荷耦合器件(ICCD)相机高分辨强度图像和马尔科夫随机场模型,建立具有距离保真项和正则化项约束的全局能量函数,最终对优化模型的最优化求解实现高分辨强度图像对低分辨距离图像的超分辨引导重构。实验结果表明,相较于现有算法,文中算法在提升重构三维图像分辨率的同时,也使图像的边缘更加锐利。该研究对于盖革模式阵列APD激光雷达的目标探测、识别和跟踪具有重要意义。

隧道轮廓激光雷达点云线特征共面约束标定方法

地铁隧道断面轮廓参数测量过程中,需要对高速激光雷达点云进行高精度系统标定。特别是大场景隧道环境,对标定模板要求高,标定过程复杂,检测精度影响大。针对此问题,本论文提出了一种新颖的适用于地铁隧道轮廓点云的标定方法,并基于双激光雷达测量系统,进行了算法研究。本方法设计了专用的手推行便携式标定系统,利用由点云数据提取的标定板线特征,建立目标函数,通过混合了遗传算法和Levenberg-Marquardt算法的非线性优化方法,寻找全局最优解从而实现对激光雷达的标定。实验结果表明:本方法对于两侧钢轨顶轨的标定误差在±1.5 mm以内;静态测量精度X误差在±1 mm内、Y误差在±4 mm内;当采集系统以5 km/h的速度进行数据采集时,动态测量精度X误差在±4 mm内、Y误差在±6 mm内。本方法能够实现激光雷达的高精度标定,算法鲁棒性强,具有易操作、环境适应性强的特点。

基于激光雷达扫描的料仓原料储料量测量方法

为提高仓内原料储料量测量自动化和智能化水平,设计了一种基于二维激光雷达扫描的储料量测量装置与系统。本系统采用RPLIDARS1型二维激光雷达扫描获取不同储料量物料的原始点云数据,通过坐标变换、重叠点提取、滤波、分割等方法对原始点云进行预处理,采用贪婪投影三角化算法将预处理后的点云进行三维重建,获得仓内原料的三维模型,结合物料三维模型和物料的容重获得仓内原料的储料量,从而实现储料量的自动测量。以玉米为试验对象,测量小型储料塔内玉米储料量并对玉米不同储料量进行扫描测量,验证模型的准确性,结果显示:测量结果的平均绝对误差为8.05kg,平均相对误差为1.52%。研究结果表明,基于二维激光雷达扫描的储料量测量方法是可行的,具有较好的稳定性和测量精度,能够满足实际生产需求。