多方位角融合SAR图像中“扇形”旁瓣分析

随着相控阵天线电子扫描能力的提升,多方位角观测成为星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)发展方向之一,从多维度提高目标信息解译能力。然而,在公开的多方位角融合SAR图像中存在较强的二维“扇形”旁瓣现象,且二维分布特点不同,容易造成目标误判。因此本文针对此旁瓣方向和多方位角观测目标分辨率开展研究。首先,概述了多方位角观测模式和特性,提出了基于CUDA并行加速的快速后向投影(Back Projection,BP)算法,高效率生成多方位角序贯SAR图像,避免耗时的图像配准和几何校正;其次,基于多方位角观测中斜距平面和地距平面的几何投影关系,重点分析了地距平面目标方位向、距离向分辨率和旁瓣方向,揭示了融合SAR图像中“扇形”旁瓣的形成机理,并解释了二维旁瓣特性不同的原因,基于此可反演获取该SAR图像时卫星和观测场景之间的几何关系,以及融合SAR图像数;最后,通过点目标和扩展目标仿真开展实验,结果表明方位斜视观测中,地距平面方位向、距离向分辨率理论分析精度优于0.02 m,旁瓣方向理论分析精度优于1o,验证了所提分析方法的正确性。

MIMO探地雷达随机步进频信号旁瓣抑制

针对MIMO探地雷达中随机步进频信号的距离旁瓣较高的问题,提出了一种基于快速二阶锥优化问题的旁瓣抑制方法。该方法首先通过建立随机步进频信号模型对回波信号进行预处理,然后基于回波信号的旁瓣特点将旁瓣抑制问题转化为以信号的峰值旁瓣构建目标函数,以主峰损失、峰值旁瓣和积分旁瓣联合约束的二阶锥优化问题,最后使用内点法求解二阶锥规划问题,以此得到最优的旁瓣滤波器系数。仿真和实测数据处理结果表明,设计的失配滤波器能够在较低主峰损耗的情况下,有效降低峰值旁瓣电平和积分旁瓣电平,提高信号的主旁瓣比。该方法为MIMO探地雷达中的距离旁瓣问题提供了有效解决思路,有望在工程应用中提高探地雷达的性能。

变极化干扰对雷达旁瓣对消的干扰机理

随着雷达干扰技术向全极化发展,厘清极化干扰机理对发展极化干扰技术至关重要。通过引入极化匹配系数,优化了雷达旁瓣对消多通道接收和处理模型,推演了变极化干扰条件下雷达旁瓣干扰对消比变化的数学模型,并给出了部分数学仿真校验和实测实验结果,可为量化分析变极化干扰对雷达旁瓣对消的干扰机理提供理论参考。

基于旁瓣光束衍射反演的远场测量旁瓣波峰参数检测方法

针对强激光远场测量不能有效识别旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰参数的问题,提出了基于旁瓣光束衍射反演的远场测量旁瓣波峰参数的检测方法。对旁瓣光束图像按照选定的角度采样间隔进行量化,使用角度变换将二维旁瓣光束图像转化为全方向的一维旁瓣光束曲线集合,检测每一个角度的一维旁瓣光束曲线的各个旁瓣波峰参数,从而获得旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰的参数。主要优化措施为:(1)使用角度变换将二维旁瓣光束图像转化为全方向的一维旁瓣光束曲线集合;(2)检测每一个角度的一维旁瓣光束曲线的各个旁瓣波峰的参数,统计所有方向的各个旁瓣峰值,生成每个旁瓣波峰的极大值圆环;(3)统计每个旁瓣波峰极大值圆环的灰度均值,将各个旁瓣波峰极大值圆环的灰度均值与本底噪声进行比较,选择大于本底噪声1.5倍的最小波峰均值为整个旁瓣光束的最小可测旁瓣波峰信号。实验结果表明:该方法能够有效检测旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰的参数,任意方向上灰度极大值均值与理论值灰度极大值误差为0.477,5个波峰的极大值圆环半径均值与理论值半径之间误差小于1个像素。该方法提高了基于旁瓣光束衍射反演的远场测量的实验精度和可信度,为将来大科学装置强激光远场的精确测量奠定基础。

低旁瓣反射面天线设计

反射面天线设计在追求高增益的同时,往往也要求天线具有较低的旁瓣水平,以防止对其他系统产生干扰;通过分析不同天线形式反射面天线旁瓣的影响因素,研究了低旁瓣反射面天线设计时参数选取原则和方法,总结了低旁瓣反射面天线的设计方法;给出了一个实际工程应用的超低旁瓣双偏置反射面天线的设计实例和性能仿真计算,天线仿真的口径效率优于59%,旁瓣优于-40 dB,验证了分析与设计方法的正确性,该方法可用于指导低旁瓣反射面天线的工程设计。

一种广域稀布雷达低旁瓣波束形成方法

广域稀布雷达具有抗干扰、抗摧毁能力强等优点,但是其方向图会因阵元稀布而存在大量的高旁瓣;提出一种脉组内捷变频联合波束形成方法,通过在雷达的连续脉组内发射不同频率的信号,并将不同频率的信号进行相参合成,在使主瓣电平不变的情况下,得到更低的旁瓣电平;通过与遗传算法相结合,并设定适当的约束和适应度函数,经迭代优化后的布局,可以得到具有更低的旁瓣电平的方向图;仿真结果表明:经该方法优化后,广域稀布线阵旁瓣电平降低至-11.85 dB,广域稀布面阵方位向和俯仰向旁瓣电平分别降低至-14.18 dB及-14.73 dB;该方法可以有效降低广稀疏阵列的旁瓣电平。

广义旁瓣抵消器算法的轴承噪声信号增强研究

针对由于旋转机械故障噪声的复杂性,造成从传声器阵列所采集到的信息中很难提取到噪声源所包含的故障信息的问题,利用波束成形对实验设备进行噪声源识别与定位,根据故障点位置信息将广义旁瓣抵消器算法(GSC)中的阻塞矩阵构造为具有指向性功能,而后利用其算法重构出故障点声信号,从该信号中提取故障信息,进行故障诊断。为验证该信号处理方法的有效性,通过仿真和实验得出该方法可以有效减少传统波束形成算法产生的信号泄露,提高输出信号的信噪比。

基于粒子采样投影的雷达低旁瓣复合波形设计

非合作无人机机动性强、易被建筑物遮挡,往往具备信号截获能力,给传统雷达探测带来严峻挑战。对此,提出基于粒子采样投影的恒模波形设计方法来获得局部低旁瓣、低截获波形。首先,利用混沌相位编码的随机性构造复合波形,增强波形低截获性能;接着,引入低旁瓣波形设计的数学模型,并转化为多变量交替范数迭代优化问题;进而,借鉴粒子滤波采样思想、交替投影框架,构建粒子集群同步投影、采样更新机制。仿真实验表明,所提算法运算效率高、稳定性强,波形兼具低旁瓣、低截获与多普勒容忍性,与当前流行算法相比具有显著优势。

一种低旁瓣非均匀圆形活塞换能器的设计

针对水声换能器的指向性旁瓣级问题,该文提出了一种低旁瓣非均匀圆形活塞平面水声换能器。该换能器在均匀圆形活塞换能器的基础上,采取去双环分布方法去除均匀圆形活塞换能器部分压电相体积,改变换能器结构,实现了抑制旁瓣的效果。以均匀连续平面活塞阵为基础,该文推导了去双环圆形平面活塞阵指向性函数,并采用Matlab对该指向性函数求解,分析两个环的位置和宽度随换能器指向性最大旁瓣级的变化规律,根据优化结果确定了换能器的最优尺寸。通过有限元仿真分析表明,该去双环圆形活塞换能器指向性最大旁瓣级为-25.3 dB,与均匀圆形活塞换能器相比,最大旁瓣级降低了8.3 dB,实现了旁瓣抑制,有效降低了最大旁瓣级。

一种旁瓣匿影天线系统设计

旁瓣匿影是相控阵雷达采用的一种典型抗干扰技术。天线系统是旁瓣匿影的核心硬件设备,其设计直接关系到匿影波束能否有效压制干扰信号。针对目前旁瓣匿影容易出现的波束覆盖穿刺等问题,文中设计了一种旁瓣匿影天线系统,它包括全向匿影天线、低噪放耦合模块。通过匿影天线与低噪放集成设计提高匿影链路的干噪比。全向匿影天线采用方位全向双极化天线设计,水平极化匿影天线采用扁波导缝隙全向天线,垂直极化匿影天线采用扁平双锥全向天线。仿真结果表明,两种天线可实现方位向水平极化与垂直极化的全向覆盖。经实测验证,匿影波束能完整覆盖主天线副瓣区,可有效提升雷达系统的抗干扰能力。

基于CLEAN算法的自适应旁瓣对消技术

自适应旁瓣对消技术能够很好地抑制旁瓣干扰,但在应用中发现,自适应旁瓣对消对跟踪的高信噪比目标带来的信噪比损失较大,导致单脉冲和差测角精度下降。本文提出了一种基于CLEAN算法的自适应旁瓣对消方法,首先通过观测目标的先验信息构建目标回波模型,再利用该回波模型剔除对消通道中的目标信息,然后基于剔除目标信息后的对消通道数据,重新计算最优加权值进行主通道的干扰对消,最后仿真和实测结果验证了该方法不仅可以减少主通道中目标对消后的信噪比损失,同时也降低了对消后对目标测角精度的影响。

一种改进窗函数非线性组合法的旁瓣抑制性能研究

为解决在雷达脉冲压缩过程中通过海明窗、汉宁窗等加权方式降低旁瓣而引起主瓣展宽、分辨率下降的问题,提出了一种以常用窗函数为基窗函数的改进窗函数非线性组合法。首先,相较于基窗函数,基于窗函数加权脉冲压缩的原理,证明窗函数线性组合法在主瓣展宽不变时可获得更好的旁瓣抑制能力;并在此基础上进一步证明改进的窗函数非线性组合法具有更优的旁瓣抑制能力。然后,通过对改进的窗函数非线性组合法在三角窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等作为基窗函数时的脉冲压缩性能仿真与分析,验证了该方法使用不同基窗函数均可在主瓣展宽不变、信噪比损失增加低于0.5 dB的前提下,将峰值旁瓣相比凯塞窗降低4 dB以上、相比几种常用窗函数降低7 dB以上。最后,通过多目标的仿真实验验证,相比于不同的基窗函数,改进窗函数非线性组合法具有更优的弱小目标检测能力。

相参压制干扰对雷达旁瓣对消性能的影响分析

从相参压制干扰信号的特征入手,结合旁瓣对消技术原理,分析了干扰信号与目标信号的相关性对雷达旁瓣对消系统性能的影响,并通过仿真分析和实装对抗试验效果对理论分析结果进行了验证。

一种SAR图像舰船目标旁瓣去除方法

SAR图像舰船目标的几何结构参数对于SAR图像舰船目标识别具有重要意义,然而由于实际获取的SAR图像中舰船存在旁瓣干扰,导致提取的舰船几何结构参数和真实值相距甚远。本文提出一种基于距离约束的SAR图像舰船目标旁瓣去除方法,提出方法首先基于矩技术对目标方位角进行估计;然后利用获取的方位角将目标旋转至水平方向并提取目标主轴;最后通过比较舰船两侧到主轴的最大距离和平均距离对目标图像进行迭代,实现目标旁瓣去除。基于弹载和星载SAR图像舰船目标切片数据的实验结果表明,提出的方法能够有效去除旁瓣杂波,进而有利于获取精确的舰船几何结构特征。

复杂环境下的稳健广义旁瓣相消技术

针对多径干扰和非相干干扰以及噪声并存的复杂环境下传统广义旁瓣相消算法性能受限问题,本文提出了一种波束域稳健广义旁瓣相消技术。首先利用修正Toeplitz解相干算法对接收数据的协方差矩阵进行矩阵重构;然后采用一种简便的自适应波束空间变换方法将阵元域转至波束域,在减小运算量的同时并增强了稳健性;最后根据最差性能最优准则形成联合权矢量并基于特征结构思想建立了稳健广义旁瓣相消框架,避免了非理想因素所产生的性能损失,有效提高了算法的稳健性。仿真验证了所提算法在复杂环境下的有效性和稳健性。

人工表面等离激元馈电的宽带低旁瓣全角度波束扫描天线

提出了一款人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线。采用人工表面等离激元馈电卵圆形辐射贴片阵列和对跖Vivaldi辐射器,在快波区激发高次谐波实现漏波辐射,在慢波区呈现低损耗能量传输效果激励对跖Vivaldi的端射模式,从而实现了在4~12 GHz(相对带宽100%)内全角度(180°)波束扫描。进一步,通过对卵圆形辐射贴片进行锥形排布降低了天线在漏波辐射时的旁瓣水平。仿真结果表明,所设计的全角度波束扫描天线能够在4~12 GHz内旁瓣水平均在-10 dB以下。该天线在雷达探测、目标跟踪等应用场景具有重要应用潜力。

WSNs中基于旁瓣控制的协作波束形成算法

协作波束形成(Collaborative Beam Forming, CBF)是提高无线传感网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)能量效率的有效技术,近期受到广泛关注。为此,提出基于旁瓣控制的协作波束形成算法(Sidelobe Control-based CBF,SC-CBF)。SC-CBF算法通过测量主基站和辅基站信号强度RSS值,以迭代方式调整节点振荡器相位,使主基站的RSS值最大,辅基站RSS值低于阈值。SC-CBF算法以分布方式实现振荡器相位同步,无需全局信道状态信息,使该算法更适应于大型WSNs网络。仿真结果表明,SC-CBF算法提高了主基站RSS值,压窄了主瓣区。

有源相控阵天线子阵划分对旁瓣匿影性能影响

由于缺少旁瓣匿影性能评估的统一标准,子阵划分对旁瓣匿影性能影响研究较少。对此,本文提出旁瓣匿影性能评估参量——旁瓣匿影率,其本质是计算满足旁瓣匿影要求区域占整个方向图区域的比例。其中保护通道直接利用子阵级数据通过加权非相参积累方式构建,可实现保护通道的自适应干扰抑制,支撑干扰条件下的自适应旁瓣匿影。实验表明,子阵划分非均匀性越强,子阵数越多,扫描角越小,有源相控阵天线的旁瓣匿影率越高,旁瓣匿影性能越好。

雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰仿真研究

自适应旁瓣对消(ASLC)技术是现代雷达抗干扰的有效方法,它通过辅助通道在干扰方向自适应形成零点以实现对干扰的抑制,在雷达上得到了广泛的应用。对雷达自适应旁瓣对消抗梳状谱干扰进行了仿真。首先从雷达自适应旁瓣对消的数学模型出发,推导建立了自适应旁瓣对消的最优权矢量,在此基础上建立了梳状谱干扰的理论模型,并对ASLC对抗梳状谱干扰的性能进行了数值仿真。该研究对于提高现代雷达抗干扰能力具有一定的参考意义。

基于核相关滤波和卡尔曼滤波预测的混合跟踪方法

针对核相关滤波(KCF)跟踪算法在遮挡场景中出现跟踪性能降低甚至跟踪失败的问题,提出了一种核相关滤波和卡尔曼滤波(KF)预测相结合的模型自适应抗遮挡图像目标跟踪算法KCF-KF。首先,考虑到传统KCF目标跟踪算法中缺少遮挡评估的问题,通过引入响应图的峰值旁瓣比来对图像目标的遮挡情况进行判断,并将遮挡类型划分为部分遮挡和严重遮挡。其次,根据遮挡程度采取不同的模型更新策略,当目标无遮挡或者部分遮挡时,替代传统KCF跟踪算法中采用固定学习率更新模型的方法,通过自适应地调整模型学习率来更新目标外观模型,避免跟踪漂移;当目标被严重遮挡时,停止KCF模型更新。最后,应用严重遮挡之前的运动信息构建卡尔曼滤波器状态空间和位置输出模型,设计卡尔曼滤波算法预测运动目标轨迹来估计遮挡情景下的目标位置,从而解决在遮挡场景中目标跟踪失败的问题。采用OTB-2013标准数据集进行大量实验,结果表明:所提的混合跟踪算法KCF-KF的距离精度为0.796,重叠成功率为0.692。与其他传统跟踪算法相比,该混合算法的跟踪精度和跟踪成功率均优于其他算法,并且在遇到目标遮挡挑战时具有更好的跟踪性能,有效地解决了跟踪过程中的遮挡干扰问题。