雷达微弱目标智能化处理技术与应用

雷达微弱目标处理是实现优异探测性能的基础和前提,在复杂的实际环境应用过程中,由于强杂波干扰、目标信号微弱、图像特征不明显、有效特征难提取等问题,导致雷达微弱目标检测与识别一直是雷达处理领域中的难点之一。传统模型类处理方法与实际工作背景和目标特性匹配不精准,导致通用性不强。近年来,深度学习在雷达智能信息处理领域取得了显著进展,深度学习算法通过构建深层神经网络,可以自动地从大量雷达数据中学习特征表示,提高目标检测和识别的性能。该文分别从雷达目标微弱信号处理、图像处理、特征学习等多个方面系统梳理和总结近年来雷达微弱目标智能化处理的研究进展,具体包括噪声与杂波抑制、微弱目标信号增强;低、高分辨雷达图像和特征图处理;特征提取、融合、目标分类与识别等。针对目前微弱目标智能化处理应用存在的泛化能力有限、特征单一、可解释性不足等问题,从小样本目标检测(迁移学习、强化学习)、多维多特征融合检测、网络模型可解释性、知识与数据联合驱动等方面对未来发展进行了展望。

基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达是一种主动式有源激光成像雷达,它具有远高于微波合成孔径雷达的成像分辨率,能够实现对远距离目标的精细成像。由于激光信号的带宽极大,普通的硬件设备难以满足奈奎斯特采样定理的要求。提出一种基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法,该方法利用光外差方法探测回波信号,在此基础上通过对外差信号进行随机采样提取信号中的有效信息,使用正交匹配追踪算法实现对目标高分辨距离像图像的重构,最后结合频率变标算法得到目标的高分辨二维图像。仿真结果表明运用新算法对合成孔径激光雷达的回波信号进行采样,能使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率完成信号采样,并有效压低信号旁瓣,实现对目标的超高分辨成像。

一种基于脉冲样本序列的PRI周期信号分选算法

针对传统脉冲重复间隔(PRI)分选算法在估计PRI方面存在的不足,提出了一种对PRI周期信号的周期进行准确估计的方法。该方法首先从待分选脉冲序列中提取出属于一部雷达的脉冲样本,然后基于这些样本对该雷达脉冲序列的周期进行精确估计,并用估计到的周期值进行脉冲序列抽取从而实现准确分选。相对于传统PRI分选算法,该算法能够在保证周期估计精度的前提下大幅度减少分选过程所需要的时间,从而能够更好地满足信号分选的需求。仿真结果证明了所提算法的有效性。

基于正交压缩采样系统的脉冲雷达回波信号实时重构方法

正交压缩采样是低速获取带通模拟信号同相和正交分量的新型模信转换系统,可广泛应用于雷达、通信等电子系统。但是对于宽带或超宽带脉冲雷达,重构奈奎斯特率的全程回波信号需要大的存储空间和计算量,以致于难以实现实时重构。该文在对正交压缩采样系统特性进行分析的基础上,将测量矩阵近似成一种具有特殊带状结构的矩阵,然后采用分段滑动重构思想实现实时重构。仿真结果表明,在对测量矩阵进行合理近似的基础上,该文提出的重构方法可以极大地节省存储空间和计算时间,实现近似最优的重构性能。

一种提高冲激雷达信噪比的方法

提出一种基于取样平均器的提高冲激雷达信噪比的方法 ,采用了一种新型的高时间分辨率取样积分器 ,解决了采样和积累的矛盾 ,实现了信号的多次积累。分析和实验表明 ,在高距离分辨率下 ,不但使信噪比有很大程度的改善 (可实现 1 0 0 0 0次积累 ) ,而且采样效率高 。

随机等效采样抑制探地雷达RFI的研究

超宽带探地雷达应用中,射频干扰的抑制是一个重要的研究课题。射频干扰是影响目标检测和合成孔径成像效果的关键因素之一。针对无载波脉冲探地雷达,本文分别在3种信息数据采集方式:实时采样、周期等效采样和随机等效采样下,对均值滤波后的射频干扰特征进行了分析。分析指出采用随机等效采样,在不影响目标回波获取的情况下,可将射频干扰变为零均值随机信号,进而用经典的均值滤波方法进行干扰抑制。实验结果验证了本文分析的正确性和随机等效采样对射频干扰抑制的有效性。

汽车毫米波FMCW雷达中频信号的采样与处理

汽车毫米波雷达是智能交通系统的重要研究项目之一 ,本文介绍了汽车毫米波雷达的工作原理及信号处理的相关方法和技术。

宽带雷达信号的多通道低速率采样方法

对宽带雷达信号直接采样要求模数转换器具有高采样速率,这将导致采样精度降低并且难以实现。采用将宽带拟信号进行多通道、低速率采样的思路,提出了一种利用自适应波束形成技术恢复信号完整带宽的新方法。低整速率ADC将使采样后信号的频谱发生混叠,该方法将多通道频域采样输出看作阵列输出,利用稳健的自适应处理技术取出所有混叠的频谱,最后将它们拼接成完整的宽带信号。此方法可以同时实现低采样速率与高精度,而且对通道延迟及其它误差稳健。

载波编码多载波相位编码雷达信号抗间歇采样干扰研究

根据间歇采样转发干扰时域不连续采样特点,本文创造性地提出了一种具有抗间歇采样转发干扰特性的基于载波编码(CC)和多载波相位编码(MCPC)雷达信号,即CC-MCPC信号。与目前常用的滤波器设计抗干扰方法不同,CC-MCPC信号是从波形设计的角度出发,采用具有良好伪随机性的混沌序列对时域中的每个符号进行编码,频域中采用巴克码对每个子载波进行编码。载波编码增加了雷达波形脉冲的伪随机性,降低了雷达回波与间歇采样干扰的相关性,从而有效地抑制了假目标的干扰。CC-MCPC与常用滤波器设计方法互不冲突,可叠加使用。本文设计了两个仿真实验,验证了CC-MCPC的有效性和可行性。实验结果表明,在文中所述的典型参数下,CC-MCPC信号与传统的MCPC信号和LFM信号相比,CC-MCPC信号经脉冲压缩后的SJR改善因子优化了1~1.5 dB。

基于中频采样的脉冲调频雷达波形发生器

研制一种脉冲调频雷达波形发生器 .波形合成采用直接对带限中频信号采样 ,用高速 DAC合成方法实现 .通过分析指出 ,对于窄带信号而言 ,基于中频信号采样技术的脉冲调频雷达波形发生器在杂散抑制上优于传统的脉冲调频雷达波形发生器 .实测结果显示了高的综合指标 :带内杂散电平小于 - 6 0 d B,带外杂散电平小于 - 70 d B,谐波抑制小于- 6 0 d B,输出功率 Pm W>10 d B.

基于PLX9054的高速数据采集系统的设计与实现

在雷达定位、无损探伤、航空航天和电力系统故障监测及行波保护等领域需要使用采样频率为100MHz甚至更高的高速数据采集系统，而且要求该系统能对采集到的数据进行实时处理。目前国内成熟的数据采集系统产品的采样频率最高为30MHz，而且一般不能对所采集的数据作实时处理。为此，设计了基于PCI总线、使用工控机进行数据传输的嵌入式高速数据采集系统，该系统用闪烁A/D转换芯片进行模数转换、以高速大容量先进先出(FIFO)方式缓存数据、以数字信号处理器(DSP)进行数据实时处理，实现了频率为100MHz的高速数据采集和实时处理。

对线性调频脉冲压缩雷达的多载波调制转发干扰

目前对线性调频(LFM)脉冲压缩雷达转发欺骗干扰主要通过移频调制转发和采样直接转发实现,常规转发干扰样式简单,干扰信号规律性强、复杂度低。该文提出一种基于间歇采样的多载波调制转发新型干扰样式。首先引用码片的概念对间歇采样过程重新建模,在此基础上,通过对当前采样码片附加不同移频量,结合多载波并行调制体制对其进行串并转换,利用不同次转发信号各子载波间的干扰累积,实现对LFM脉冲压缩雷达的数量、幅度、空间分布可控的逼真假目标干扰。仿真表明该干扰样式比移频干扰和直接转发干扰具有更好的干扰效果。

基于PCI9820的雷达回波信号实时采集系统

精确的雷达回波信号采集存储是完成目标识别和雷达成像的必要前提,随着A/D采样率和计算机总线技术的高速发展,已经可以在中频直接对雷达回波信号进行实时采集。本文介绍了一种ADLINK公司的基于PCI总线的高速高分辨率数据采集卡PCI9820的硬件结构及相关逻辑模块功能,基于它的双缓冲模式思想并利用板卡的相关驱动函数编写了实时采集程序,并说明了存储文件格式及数据格式。实验结果表明,此实时采集程序能够很好的控制数据采集卡PCI9820完成对雷达回波信号的高速高分辨率实时采集和存储,为信号处理提供了良好的数据基础。

基于复杂电磁环境雷达信息实时可视化系统

雷达信息实时可视化是战场可视化的重要组成部分,对作战推演、评估有重要影响,建立了一套雷达信息实时仿真系统。该系统以实时变化的电磁环境为基础,考虑自然环境和动态电磁干扰,能够直观高效地展示雷达三维信息。首先通过扩展经典雷达方程,建立了基于雷达方向图函数和探测距离为参量的数学模型,以非均匀采样法绘制出了雷达三维威力范围。然后利用基于多种自然因素对雷达方程中的路径损耗的电磁传播衰减数学模型,实现了自然环境影响下的雷达信息可视化;运用雷达干扰方程,实现了单/多电子干扰情况下雷达信息可视化。根据基于参数的雷达绘制阈值变化的方法,提高绘制速度;最终利用基于网状数据的逻辑结构方法,实现了多部参战平台处于复杂电磁环境下相互干扰的雷达信息实时可视化系统。结果表明,该系统不仅观察效果真实直观,而且能动态、实时的可视化雷达信息系统。

非等间隔采样信号傅里叶频谱分析方法

针对伪随机(PN)码调制的多普勒激光雷达中固有的对外差信号不能等间隔采样的问题,提出一种新的非均匀采样信号的离散傅里叶变换(DFT)方法。首先,给出距离速度同步测量多普勒激光雷达系统模型,指出对外差信号不能等间隔采样的原因;然后,通过理论推导,提出一种新的非均匀采样信号的频谱分析方法;最后,通过仿真验证该方法可用于分析非等间隔采样信号的频谱。结果表明,在道路运动目标产生的多普勒频率范围内,接收信号信噪比(SNR)为0 d B的情况下,该方法仍可有效分析出不等间隔采样多普勒信号的频率。

基于相位测距原理的汽车防撞雷达

文章将相位测距法用于解决汽车安全领域里的物体距离测量,对基于相位测距原理的雷达进行了理论分析。在样机研制过程中,较好地解决了雷达波单边带连续波双频发射和接收问题。基于雷达数据处理的实时性,对雷达信号采用DSP进行采集并作FFT运算,由FFT结果获得信号的相位差和物体的运动速度。实验证明,该雷达理论是可行的,具有一定的实用性。

基于无载频脉冲式超宽带雷达的生命信号检测分析与实现

首先分析了无载频脉冲式超宽带雷达检测生命信号的检测原理，论证了基于频谱搜索检测生命信号的方法；然后介绍了一款新颖的无载频脉冲式超宽带生命信号检测雷达系统。该雷达发射机结构简单，能产生Vp-p为2～10V、脉冲宽度为300～500ps、脉冲重复频率大于10MHz的超短脉冲。接收机利用PNP和NPN微波三极管的互补特性，产生一对平衡对称的超短门脉冲控制二极管桥的导通与截止，实现对天线接收到的信号进行采样，从而完成等效采样接收。依据人体呼吸信号的频谱特性，搜索包含具有最大功率谱的生命信号的快时间点、提取位于快时间点和不同慢时间点的雷达信号得到生命信号。实验证明，该雷达系统能实时实现人体生命信号非接触式检测。

采样速率偏差对数字电视外辐射源雷达性能影响研究

外辐射源雷达利用非合作照射源信号探测目标,参考信号提纯和监测信号杂波抑制是实现目标信号检测的关键。该文针对数字电视外辐射源雷达接收系统中存在的采样速率偏差问题,首先建立信号模型,从理论上分析了采样速率偏差对参考信号重构性能的影响,然后探讨了采样速率偏差对时域杂波抑制和相关匹配接收的影响。仿真结果说明存在采样速率偏差时,提高接收端采样速率可以降低参考信号的重构误码率;不同的时域杂波抑制算法对采样速率偏差的表现不同;采样速率偏差对时域杂波抑制的影响较大,对相关匹配接收的影响较小。实测数据处理验证了上述结论的正确性,为提高数字电视外辐射源雷达的目标探测性能提供了理论依据。

时钟抖动对雷达信噪比和测量精度的影响

为了实现超宽带脉冲信号的高速率采样,雷达液位计采用等效时间采样方法有效降低对系统模数转换器的要求,时钟抖动是采样过程中影响信噪比和测量精度的主要因素之一。文中按照时钟抖动满足高斯随机过程模型,讨论时钟抖动对等效时间采样的脉冲信号的信噪比影响并给出了理论公式。仿真结果验证了计算公式的正确性,并给出了信噪比损失随各种因素变化的趋势以及信噪比损失对测距精度的影响。

穿墙雷达图像CS编码算法设计

针对TWR雷达图像由于检测信号的频率较高、带宽较大使得图像信息量增大,导致在传输和实时成像方面存在困难的问题,提出了采用压缩感知(CS)为雷达图像的编码提供欠采样压缩的新方法.设计了基于解凸优化的l_1范数等效算法和基于正交匹配追踪(OMP)算法的TWR图像编码方法,构造了部分哈达玛观测阵和高斯随机测量观测阵.实验结果表明,本文算法对雷达图像的欠采样率可达0.546 9,能够实现失真最小和速度最快地对墙内目标进行有效检测.