2D雷达组网几何定位融合算法

研究了两部2D雷达组网中的目标定位估计和定位精度问题。为考虑地球曲率对目标定位精度的影响,提出了两雷达站组网中基于实际地球椭球模型的几何交叉定位与数据融合相结合的方法,建立了两部雷达观测定位几何模型,推导了定位方程和精度估计公式并进行了误差分析。仿真分析表明,在选择更为实际的观测模型的前提下,利用几何定位与数据融合方法不但改善了两雷达的定位性能,而且根据定位几何精度因子(geometricaldilution of precision,GDOP)图的特点,选择相应的定位雷达,提高了雷达站组合的几何定位精度。

GPR信号去噪的变分模态分解

为了进一步提高探地雷达(ground penetrating radar,GPR)数据的信噪比,压制由随机扰动引起的随机绕射能量,将二维变分模态分解(two-dimensional variational mode decomposition,2D-VMD)引入二维GPR数据的噪声压制处理中。首先,对GPR数据进行2D-VMD处理,并分析各阶本征模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量及其对应的频率-波数域谱来确定雷达剖面中的各回波类型。然后,计算IMF分量与原始数据的互相关系数来确定信号模态和噪声模态,并对信号模态进行重构得到降噪后的数据。理论数据和实测数据测试表明,相比于传统的1D-VMD法,2D-VMD滤波后的含噪正演记录峰值信噪比由6.44 dB增加到7.72 dB;经2D-VMD降噪处理后的雷达剖面在保留有效信号的基础上,可以有效压制随机扰动带来的噪声,并且得到的雷达剖面同相轴连续性更好。

2D雷达组网空中目标高度估计方法综述

概述了2D雷达组网如何利用多部2D雷达探测的距离和方位数据估计空中目标高度的基本思想,阐述并分析了运用几何计算法、最小二乘法、极大似然法及状态滤波法及其改进方法对空中目标高度进行估计的适用范围及其优缺点。仿真试验表明,雷达探测精度、雷达站址空间布局及空中目标高度等因素均对目标高度估计精度影响较大。最后,给出了未来2D雷达组网空中目标高度估计研究方向。

基于测向平面的2D雷达目标高度估计方法

针对2D雷达组网中的高度估计问题,提出了一种基于测向平面的2D雷达目标高度估计方法。该方法通过2D雷达对目标的测向方位在空间中形成测向平面,并利用2个相交的测向平面及雷达对目标的测量距离,估计出目标的地心地固(ECEF)坐标。再利用ECEF坐标到大地坐标的转换得到目标的高度估计,最后进行了蒙特卡罗仿真试验。结果表明,该方法简单有效,具有工程应用价值。

不同碳黑填料含量2D-SiC_f/SiC复合材料介电及雷达吸波性能研究

对先驱体浸渍裂解工艺（PIP）制备的含碳黑填料2D—SiCf／SiC复合材料介电以及雷达吸波性能进行研究。研究表明，由于KD-I型SiC纤维表面具有连续碳涂层，不能直接用于吸波材料，需通过空气热处理手段将其除去。对纤维表面去碳后制成的不同碳黑填料含量2D．SiCf／SiC复合材料微波介电常数进行测试，结果表明，随碳黑含量增加，复合材料介电常数明显增大，但由于碳黑的高比表面和先驱体溶液粘度的限制，复合材料中碳黑体积分数最大仅能达到7％～8％，介电常数难以继续增大，介电损耗低于0．3，并且介电常数频散效应不理想。对不同碳黑填料含量复合材料反射率进行计算，结果表明，单层复合材料在某一频段内具有较好的吸波性能，但由于复合材料介电常数频散效应较差，宽频吸波性能不理想，采用不同吸收剂含量复合材料层铺工艺可能可以解决吸波性能带宽问题。

分布式2D雷达网的航迹关联方法

针对分布式2D雷达网由于缺乏高度信息而不能对空中目标进行航迹关联的问题,研究了一种2D与2D雷达航迹关联算法。首先,利用雷达和目标之间的几何特性将来自两异地雷达的航迹有效地统一起来,建立航迹关联函数;然后,对关联函数进行一阶泰勒展开,得到关联函数与雷达量测噪声的线性关系,并根据雷达量测噪声的置信区间得到关联门限;最后,在航迹粗关联的基础上建立基于历史信息的关联代价矩阵,利用匈牙利算法对代价矩阵进行航迹最优分配,实现航迹精关联。仿真结果表明,该方法能够有效解决分布式2D雷达网对空中目标的航迹关联问题,具有一定的实际应用价值。

基于频控阵二维空域滤波的干扰抑制方法

频率分集阵列(FDA)因其可提供距离维自由度而吸引了广大学者的注意。基于FDA的MIMO雷达可实现比传统阵列雷达更好的目标参数估计能力。然而,当FDA-MIMO雷达受到主瓣欺骗式干扰时,系统的目标探测、参数估计能力将严重下降,甚至无法检测出目标。传统抗干扰方法无法有效抑制主瓣欺骗式干扰。对此,设计了一种基于混沌序列载波频偏的二维空域滤波器,可在抑制主瓣干扰的同时有效保留目标信号。数值仿真实验验证了所提方法的可行性与有效性。对比了基于对数载波频偏的二维空域滤波器,对比仿真结果表明基于混沌序列的方法可以在抑制干扰的同时更好地保留目标信息。

2D雷达组网对空中目标高度估计仿真

利用2D雷达的方位、距离信息形成组网雷达测定目标高度算法,分析不同位置误差、目标高度条件下几何量测理论误差,并利用滤波算法对组网雷达测高进行工程化应用,仿真结果表明估高算法的实用性。

2D雷达与红外异地配置下的航迹关联方法

针对异地配置下的2D雷达与红外传感器航迹关联难的问题,论文提出一种基于假设检验的异类传感器航迹关联算法,该方法利用2D雷达距离、方位与红外传感器方位、仰角的互补性,通过假设条件建立目标关键因子的相似度模型,再通过相似度判断检验假设条件是否成立,以达到目标关联的目的。仿真实验结果表明了该方法关联的正确性。

2D雷达与红外异地配置下的航迹关联方法

针对异地配置下的2D雷达与红外传感器航迹关联难的问题,论文提出一种基于假设检验的异类传感器航迹关联算法,该方法利用2D雷达距离、方位与红外传感器方位、仰角的互补性,通过假设条件建立目标关键因子的相似度模型,再通过相似度判断检验假设条件是否成立,以达到目标关联的目的。仿真实验结果表明了该方法关联的正确性。

基于平方根双阶EKF的2D雷达与3D雷达误差配准方法

对不同体制雷达进行组网,能够有效发挥各型雷达性能优势,但组网过程中误差配准问题必须首先要解决,以此提高对目标航迹的探测与跟踪精度。联合扩维误差配准算法能够进行实时配准,但运算量问题限制了算法的效能发挥。论文在研究异维度雷达配准算法的基础上,提出了一种基于平方根的双阶EKF误差配准方法,并与传统的异维度雷达扩维配准方法进行对比分析。仿真结果表明,新算法消除了状态向量维数增加导致的运算效率降低的问题,且配准精度显著提高,配准效果比较理想。

2D雷达组网目标高度估计方法

为解决2D雷达不能测量目标高度参数的问题,提出一种2D雷达组网目标高度估计方法。利用2部雷达对同一目标距离和方位角测量的冗余信息进行目标高度的初步估计,通过定义贴近度、一致性测度、一致性测度均值、一致性测度方差和变异系数来确定不同雷达组合初步估计高度值参与数据融合的权值,利用不同雷达组合初步估计的目标高度值以及参与数据融合的相应权重进行目标高度的融合估计。基于典型算例对所提算法进行验证。结果表明:该算法能解决目标高度问题,具有一定的理论意义和较好的应用价值。

目标等大地高飞行时高度与2D雷达系统误差联合估计

实际应用背景中,许多目标均做等大地高飞行,但飞行高度值未知。探测中高空目标时,2D雷达系统误差估计需要同时对目标高度进行估计。针对这种情形,首先,建立地球球处理模型,并验证这种近似处理模型的可行性;其次提出将目标高度与2D雷达系统误差进行联合估计的思想,并建立ECEF坐标系下的联合估计模型;仿真结果验证该方法的有效性,经过系统误差修正和高度补偿后,各2D雷达探测航迹精度得到大幅提高。

基于胸腔信号样本的FMCW雷达身份验证

针对当前使用体征信号进行身份验证准确率低,且特征提取过程复杂的问题,本文在通过毫米波雷达检测生命体征的基础上,提出了一种将纯净的人体胸腔信号(Chest Cavity Signal,CCS)作为样本进行身份验证的方法。首先,对提取到的雷达原始信号进行预处理,消除与实验无关的冗余干扰并提取相位信号。接着对含有干扰的相位信号进行变分模态分解(VMD),提取纯净的心跳与呼吸信号并制作CCS样本。最后将CCS样本送入二维卷积神经网络(2D CNN)中进行训练并验证身份,识别准确率达到了97.5%,实验证明本文提出的方法对于身份验证具有很好的效果。

基于二维变分模态分解的GPR噪声自动抑制方法

探地雷达(GPR)回波信号经常被各种随机噪声所干扰,引起后续目标解译的困难。近年来,模态分解方法被广泛地应用于GPR数据噪声压制,然而,现有应用基于一维信号的模态分解需要对B-scan的每一道分别进行处理,忽略了道之间的相关性。除此之外,在复杂场景下的去噪效果也有待提升。为此,文中提出了一种基于二维变分模态分解的GPR噪声自动抑制方法,可以有效识别多个二维模态及其对应的中心频率。通过应用这种自适应方法,将图像分解为不同的信号模态和噪声模态,最终以带限方式准确再现输入的B扫描图像。此外,为了进一步完善信号提取过程,采用频谱分析技术自动选择最相关的信号模态。仿真和实测数据验证表明,所提方法可以较好地实现对低信噪比GPR数据的噪声去除,提高后续目标检测与识别等解译工作的精度。

二维激光雷达的实时三维重建方法

激光雷达测距技术的发展为三维空间数据的获取提供了一种全新的技术手段,可以实现从传统的人工单点数据获取到连续自动数据获取的转变,大大提高了测量的速度和精度。然而,三维激光雷达数据获取设备具有价格昂贵、机动性较差、数据量过大及三维重建耗时过长等缺点,本文提出由二维激光扫描仪通过空间坐标变换算法实现三维点云获取,通过四元数算法将点云配准所得旋转平移矩阵优化,多次迭代取最优旋转平移矩阵,从而提高点云配准速度与精度。试验应用与分析结果表明,本文提出的二维激光雷达实时三维重建的方法,具有低成本、精度高、三维重建速度快的特点,满足现场低成本、实时、精确三维重建的测绘需求。

基于二维激光雷达的定日镜清洗车导航避障系统的研究

针对国内外现有塔式太阳能热发电站中存在的无法全自动化清洗定日镜的问题,提出了一种基于二维激光雷达的定日镜清洗车导航避障系统,该系统由清洗车导航系统和激光雷达系统结合而成,利用激光雷达来测量前方定日镜的姿态,从而为清洗车导航系统提供避障保护,以实现清洗车对定日镜的全自动化清洗。首先,建立了地面导航系统坐标系,推导了WGS84坐标系到当地导航系统椭球坐标系的转换方程;其次,分别建立了定日镜、清洗车、激光雷达的运动学模型,并将清洗车和定日镜分别置于多种姿态,截取激光雷达的检测数据,使用检测数据标定激光雷达的安装位置,即激光雷达相对于车辆中心的坐标和安装倾角;最后,对定日镜清洗车导航避障系统进行实际测试,使用标定参数来检测前方定日镜的姿态,实现定日镜的全自动化清洗,当该导航避障系统反馈前方定日镜为异常姿态时,制动清洗车。该导航避障系统还可应用于与自动清洗系统相关的类似应用场景。

ESS模式下AN/APY-9雷达探测效能算法模型研究

E-2D“鹰眼”预警机在对远距离目标进行重点探测与跟踪时,其机载AN/APY-9雷达通常工作在扇区重点扫描(Enhanced Sector Scan,ESS)模式,以保证方位全覆盖的同时能重点监控某一方向的战场情况。根据ADS-18天线阵面结构相关资料,推理分析了该型雷达的技术参数和ESS模式下的工作机理,综合考虑影响其探测能力的工作频率、阵元间距、目标雷达反射截、目标和波束数量等因素,区分重点扇区扫描和非重点扇区扫描构建了AN/APY-9雷达的远距离探测能力算法模型,可运用于对该新型雷达装备的作战实验仿真。

一种高速可配置二维CFAR检测器设计实现

恒虚警率(constant false alarm rate,CFAR)检测是雷达在干扰背景下检测目标的重要自适应算法。二维CFAR算法随着参考窗口尺寸增大,运算量较大,仅靠软件实现并不能满足较高的实时性需求。文章基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)设计实现了一种兼容CA-CFAR、GO-CFAR、SO-CFAR和OS-CFAR 4种二维CFAR算法的硬件加速器,同时实现标称化因子、检测器类型、排序值K、参考窗口和保护窗口大小可配置的灵活性,对于256×2048点距离-多谱勒矩阵(Range Doppler Matrix,RDM)数据,4种检测器均可在2.71 ms内完成检测。设计采用全流水结构,具有高实时性。

双基前视雷达二维空变补偿频域成像方法

机载双基前视雷达在距离宽幅和长合成孔径时间积累情况下,存在回波多普勒参数的强耦合和强二维空变问题。针对这个问题,提出了一种基于二维空变量级补偿的成像方法。该方法以Chebyshev正交多项式的最佳一致逼近特性为手段,实现斜距历程的高精度近似和二维频谱的高质量解耦合,采用Keystone变换校正空变的线性距离走动。在此基础上,定量分析多普勒参数的二维空变量级,以π/4相位门限为标准,使用最小二乘拟合算法,设计适用于空变量级的二维空变校正函数,提出方位向扩展的非线性变标成像方法,精确且高效地实现不同空变量级多普勒参数的校正。点目标仿真和实测数据处理结果表明,所提成像方法具有良好的聚焦性能。