一种基于非凸正则化模型的逆合成孔径雷达成像算法研究

逆合成孔径雷达因其可对非合作机动目标成像而广泛地应用于军事和民用中,研究表明压缩感知技术可以有效提高逆合成孔径雷达成像的分辨率并且有效降低雷达硬件负担。针对典型的非凸ιp(0<p<1)正则化模型,基于Majorization-Minimization(MM)迭代算法框架并采用支撑集收缩策略提出了一种新的雷达成像算法——迭代支撑集收缩算法。迭代支撑集收缩算法是一个简单高效的算法,数值实验表明迭代支撑集收缩算法在逆合成孔径雷达成像中表现优异。

基于迭代自适应的短孔径逆合成孔径雷达成像方法

针对合成孔径时间短、逆合成孔径雷达数据成像质量差的问题,本研究提出一种基于迭代自适应恢复缺失数据(missing-data iterative adaptive processing approach,MIAA)的短孔径数据的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)超分辨率成像方法。该方法利用MIAA对ISAR回波数据的方位向进行扩展,从而增加数据的方位向长度,提高成像质量。仿真和实测均表明该方法能够有效扩展回波数据的方位向长度,提高短孔径条件下的成像质量。

天基逆合成孔径雷达脉内脉间运动补偿及高分辨成像

近年来,太空态势感知在军用和民用领域都得到了越来越多的关注。天基逆合成孔径雷达(SBISAR)能够实现对空间目标的高分辨成像,支撑部件提取、姿态估计、类型识别等后续任务,是太空态势感知的重要工具。然而,在SBISAR成像场景下,平台与空间机动目标间存在复杂的相对高速运动,传统距离-多普勒成像方法不再适用,必须进行运动补偿。本文针对高速径向速度下传统“停—走—停”模型失效、长相干积累时间内目标转速不一致的两个典型误差来源,分别设计了脉内运动及脉间运动补偿算法。首先,建立SBISAR成像的信号模型。然后,基于最小熵准则构建参数估计代价函数,通过估计目标对应回波信号的调频率,构造补偿项进而实现脉内补偿。同时,建立图像熵代价函数,在估计转动参数后,完成对目标转动的空变相位补偿。所提算法有效解决了天基高速机动背景下传统距离-多普勒成像方法的距离像展宽、方位散焦问题,实现了SBISAR对空间目标的高分辨成像。通过基于仿真数据的实验分析,验证了所提算法的有效性。

基于卷积注意力的逆合成孔径雷达成像方法

近年来,卷积神经网络由于其强大的特征提取能力和对数据的灵活表达,已成功应用于逆合成孔径雷达(ISAR)的稀疏成像。然而常规的卷积神经网络对于特征给予相同的权重,缺乏聚焦重要信息和抑制冗余信息的能力,导致成像效果欠佳。为了解决这个问题,提出了基于卷积注意力的逆合成孔径雷达成像方法,在网络中加入卷积注意力模块,在通道和空间两个维度上进行特征细化,提高网络对于特征的表达能力,并且可以在残差连接中减少原始特征中的伪影干扰,提高成像质量。实验结果表明,基于卷积注意力的成像方法可以重建高质量ISAR图像,且相较于全卷积神经网络成像方法具有更好的成像效果。所成图像熵值从0.355 9降到0.221 2,证明了所提方法的有效性。

一种逆合成孔径雷达脉冲卷积干扰方法

由于全天时、全天候、远距离、高分辨的特点,逆合成孔径雷达(ISAR)已被广泛应用于目标检测、运动监测、敌我识别、武器精确制导等领域。在ISAR成像技术及应用技术渐趋成熟的同时,开展与之相对的电子对抗手段的研究也成为不可回避的任务。提出了一种ISAR脉冲卷积干扰方法,干扰机截获到ISAR发射信号后,使用延时特征不同的脉冲序列与其进行卷积,随后转发至ISAR接收机。延时脉冲与ISAR发射信号卷积后实际效果等效于模拟了位于某特定距离单元内的散射点回波。因此,通过控制脉冲的延时参数,可达到产生虚假运动散射点的效果。该方法工程实现较为简单,计算量较小,具有一定应用前景。

逆合成孔径雷达三维成像综述

逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)可以对飞机、舰船与空间目标等进行成像,在军事和民事应用中具有重要的意义.ISAR三维成像可以克服传统二维成像中的几何失真、方位向定标难与图像投影平面未知等问题,有利于对目标进行分类和识别,是ISAR技术的重要发展趋势之一.本文主要对单天线ISAR、干涉ISAR(interferometric ISAR,InISAR)、阵列ISAR等不同体制的三维成像进行介绍.在此基础上,对各种体制的研究现状进行了总结,并对未来的发展方向进行了分析.

基于量子算法的逆合成孔径雷达稀疏成像方法

经典稀疏重构算法的计算复杂度较高,易导致雷达系统面对较大规模雷达回波数据时实时成像处理能力不足。针对这一问题,将量子算法应用于逆合成孔径雷达成像的稀疏信号处理中,为雷达稀疏成像带来量子计算短时间内处理大规模数据的优势。首先,根据逆合成孔径雷达稀疏成像的经典算法,分析匹配滤波、稀疏重构等经典算法的量子化方法,建立经典算法与量子算法之间的映射关系;其次,在确定相应量子算法及步骤关系的基础上,构建能够实现稀疏成像经典算法功能的量子线路,提出基于量子算法的逆合成孔径雷达稀疏成像方法;最后,根据构建的量子线路,结合雷达回波信号,制备相应的量子态,输入到量子线路中获得成像结果。仿真实验表明:相较于经典稀疏成像算法,基于量子算法的稀疏成像方法能够在保证成像质量的同时,大幅降低雷达成像处理数据的计算复杂度。

基于77 GHz逆合成孔径雷达的二维成像系统

针对逆合成孔径雷达(ISAR)成像分辨率和成像速度要求较高的问题,设计了一个77 GHz ISAR二维成像系统。采用距离–多普勒(RD)算法进行成像,中控采集系统采用以FPGA为核心的ADC采集板卡,信号源采用19 GHz宽屏带射频源,收发模块采用倍频放大结构。上位机发送指令控制信号,中控采集板卡控制转台旋转以及射频源产生扫频信号,经发射天线倍频至77 GHz,然后接收天线将回波信号下变频至中频信号进入采集板卡,最后将采样数据传输至上位机中通过算法成像。测试结果表明,该系统实现了77 GHz雷达信号发生、系统时钟同步精度为78 ps、最大采样率为250 MSPS、最大传输速率为5 Gb/s,且单通道ADC采集的中频数字信号可以使二维成像满足理论分辨率,即6.9 cm × 4.0 cm;在实际工程中其信号带宽大、采样速率快、成像速度快和成像分辨率高等特性,满足了对物体进行二维成像的需求。

基于调频连续波的双基逆合成孔径雷达研究

在双基地雷达模型的基础上,研究了应用调频连续波(FMCW)雷达进行双基逆合成孔径雷达(ISAR)成像的具体问题。首先对双基体制下FMCW雷达的回波信号进行详细分析,从回波信号相位中提取出采用FMCW信号所特有的距离快时间和方位慢时间耦合项,分析该耦合项在距离多普勒域的形式及其对目标一维距离像的影响,并采用相应的补偿算法进行补偿。仿真结果表明:所述补偿算法能有效改善采用FMCW信号导致的散焦现象,获得聚焦良好的目标成像图。

逆合成孔径雷达的距离─瞬时多普勒成像方法

传统的ＩＳＡＲ距离－多普勒成像方法基于匀速转动的目标模型，当飞机目标作机动飞行时，转速和转轴经常是时变的，若用传统的方法成像，会使图像模糊，甚至无法辨识。本文提出了距离－瞬时多普勒成像的概念和方法，可对一般机动飞行目标成像。实测数据结果表明了本文方法的可行。

逆合成孔径雷达运动补偿中包络对齐的新方法

对于逆合成孔径雷达(ISAR)成像,运动补偿是其关键,而包络对齐则是运动补偿的基础,现在广泛采用的方法是包络相关法,由于目标上散射点的闪烁等原因,相关法对齐时常会有较大的误差。本文分析了该方法存在的问题,提出了改进措施,同时还提出了用最小熵进行包络对齐的新方法,使对齐质量明显提高,大量实测数据验证了新方法的有效性。

微小卫星雷达隐身性能的在轨逆合成孔径雷达成像分析

成像雷达是空间目标监视系统中的重要组成部分。为深入评估某微小卫星的隐身性能,对卫星的逆合成孔径雷达(ISAR)成像效果进行预测,从雷达成像角度评估卫星的隐身效果。首先简述用于空间目标成像的ISAR成像的基本原理。然后构造卫星的散射点模型,散射系数采用微波暗室的实际测量值。依据仿真雷达系统参数和卫星实际在轨运行参数,计算卫星ISAR成像所需成像时间。对卫星3种飞行姿态,即卫星顶部指向地球表面的隐身姿态、卫星顶部与飞行方向一致和卫星底部指向地球表面两种非隐身姿态,以及不同信噪比情况,进行IS-AR仿真,详细分析每种情况下的运动补偿效果和最终ISAR成像效果,说明了卫星隐身设计的有效性。

机动目标的逆合成孔径雷达成像

逆合成孔径雷达 ( ISAR)和合成孔径雷达 ( SAR)都是利用目标 (场景 )与雷达的相对运动 ,提高横向分辨率 ,实现对目标 (场景 )的成像。SAR的运动方是雷达平台 ,可控制作平稳飞行 ,且用仪器测校其偏离误差 ;ISAR的运动方通常是非合作目标 ,运动不受控制 ,且难以精确测量。当目标作机动飞行时 ,以目标作固定基准 ,雷达等效地在空间形成流形复杂的逆合成孔径 (阵列 ) 。

基于时频的逆合成孔径雷达的距离—瞬时多普勒成像方法

为了对机动目标进行ISAR成像,以在时间和频域同时具有高分辨率的时频变化替代傅氏变换作谱分析,得到机动目标距离—瞬时多普勒像。实测数据处理结果表明,与直接用距离—多普勒(R D)算法相比,该方法得到的图像质量有明显提高。

基于离散匹配傅里叶变换的高速运动目标逆合成孔径雷达距离像补偿

本文分析了高速运动目标的逆合成孔径雷达 (ISAR)回波信号模型 ,讨论了目标高速运动特征对ISAR信号处理的影响。结果表明 ,高速运动特征会导致目标一维距离像的畸变和二维像的模糊。因此 ,必须对高速运动目标的距离像进行有效的补偿以消除距离像的畸变。针对高速运动目标的ISAR回波信号模型 ,本文提出了一种基于离散匹配傅里叶变换 (DMFT)的高速运动目标距离像补偿算法。该算法采用DMFT谱包络最小Shannon熵准则进行参数估计 ,可解决幅度最大准则下参数估计性能恶化的问题。

具有三维转动目标的逆合成孔径雷达成像算法

传统的 ISAR 距离一多普勒法成像基于匀速运动的目标模型。当飞机目标作机动飞行时,转速和转轴经常是时变的,若用传统方法成像,会使图像模糊,甚至无法辨识。文中提出了距离一瞬时多普勒成像的概念和方法,它可对一般机动飞行目标成像。实测数据成像结果表明该文的方法是可行的。

机动目标的逆合成孔径雷达成像原理与算法

对于非合作的机动目标 ,由于目标相对于雷达射线的姿态和转速难以测定 ,而且是时变的 ,因而给逆合成孔径雷达 (ISAR)成像造成较大困难 .本文讨论了这种情况下成像的一般原理 ,并对机动性不太大 ,散射点子回波多普勒变化满足一阶近似条件时 ,提出了实用算法 .实测数据的处理结果说明新算法是可行的 .

斜视干涉逆合成孔径雷达成像算法

针对雷达在斜视工作下的干涉相位模糊问题，提出了一种新的特显点干涉逆合成孔径雷达（ISAR）成像算法．该算法利用特显点信噪比较高、干涉相位估计值较为准确的特性，根据特显点的多普勒频率和横距信息拟舍得到目标的多普勒频率与横距的关系，从而对整幅ISAR像进行横向定标，得到目标的干涉ISAR像．该算法能消除干涉相位缠绕，而且对噪声具有较强的鲁棒性，同经典的干涉ISAR成像算法相比，在正确成像时，该算法所需的信噪比可降低10-15dB．

逆合成孔径雷达的干扰仿真

从逆合成孔径雷达运动补偿的角度对ISAR成像的干扰机理进行了理论分析,并进行了基于ISAR回波真实数据的仿真实验。理论分析和仿真结果表明,只要施加的干扰信号使得运动补偿过程中相邻距离像复包络的相关函数最大值出现误判,就会有效地使ISAR成像失真。然后,将ISAR与普通脉压雷达、SAR的抗压制干扰能力进行了对比,结果表明由于ISAR成像必须经过运动补偿处理,其抗压制干扰能力相对较差。

双基地逆合成孔径雷达成像分析

在波数域对双基地逆合成孔径雷达(ISAR)模型进行分析。双基雷达ISAR的特殊性主要体现在双基地角和等效视线方位角这两个参数中。前者会影响径向波数的大小而后者会影响波数的方向。利用双基地角等值线将观测区域进行了分类。对各类区域内双基地角和等效视线方位角变化规律进行了讨论,从而可以确定各区域内的双基ISAR成像算法。仿真结果验证了分析的正确性。