超宽带雷达信号处理技术和实验研究

针对探测空中目标的超宽带(UWB)/冲激雷达,本文讨论了UWB/冲激雷达的信号处理技术,主要是信号检测和目标特性分析,首先讨论了目标检测技术,提出了用小波变换和高阶谱估计技术在变换域内进行检测的算法;其次讨论了目标特性分析技术,采用了高阶谱估计,提出了一种时域双谱估计算法,它可精确估计复杂形体目标的局部散射中心的分布.最后,结合作者等人研制的冲激雷达实验系统,对上述信号处理方法进行了实验研究,验证了上述信号处理方法的有效性。     

一种基于傅里叶级数的E脉冲识别波形综合方法

为了直接发射E脉冲进行雷达目标识别,本文从理论上推导了产生特定矩形基编码脉冲信号傅里叶级数系数的一般性表达式;提出了一种基于傅里叶级数的E脉冲目标识别波形综合方法;给出了参数设计原则以及综合E脉冲波形的系统组成框图;并利用细导线散射场数据仿真了理论E脉冲和综合E脉冲目标识别性能;验证了本文提出的方法的可行性。     

非均匀空间采样下的表层穿透雷达逆时偏移成像算法

提出了一种冲激脉冲表层穿透雷达(ImpSPR:Impulse Surface Penetrating Radar)非均匀空间采样下的逆时偏移(NUSS-RTM:Non uniform Spatial Sampling Reverse Time Migration)成像算法。ImpSPR对表层下区域进行探测时,当空间采样非均匀分布时,基于快速傅里叶变换的距离偏移(RM:Range Migra-tion)成像算法和衍射层析成像算法不再是一种有效的方法。需要进行坐标轴拉伸变换或采用非均匀傅里叶变换进行成像处理,算法流程复杂。本文以波动方程RTM处理为基础,运用泰勒级数展开得到了波场关于空间维方向导数的二阶精度差分格式,导出了NUSS-RTM成像算法并给出了具体的差分网格实现形式。通过对ImpSPR实测数据的处理,结果表明NUSS-RTM成像算法可有效地应用于ImpSPR非均匀采样或均匀采样下的高分辨成像。     

一种新型探地雷达天线的FDTD分析

探地雷达系统一般采用超宽带短脉冲信号,因而其天线系统也必须为宽带的。该文给出一种新型的探地雷达天线,该天线为置于镜像面上且具有离散指数电阻加载的单偶极子。通过FDTD法对该天线辐射特性的仿真计算表明,选择合适的电阻加载方式,可以消除由于天线末端阻抗不匹配而引起的二次反射,使天线具有较好的辐射波形和一定的带宽,从而满足实际探地雷达系统的需要。文中还分析了收发天线不同组合方式对直耦信号和目标回波信号的影响。     

利用多角度SAR数据实现三维成像

利用多角度 SAR 数据实现目标高分辨率3维成像对雷达自动目标识别具有重要价值。该文在目标散射稀疏性前提下提出了基于压缩感知的多角度SAR 3维成像方法。文章首先论证多角度SAR测量能够改善测量矩阵的互不相关性。然后根据互不相干影响因素分析,合理选择目标离散间隔构造多角度 SAR 测量矩阵。最后利用分段正交匹配追踪算法实现目标向量的稀疏重构。该文算法不仅改善了高度分辨率,而且克服了多角度 SAR空间采样不连续导致的高旁瓣问题。实验验证了该算法的可行性和稳定性。     

MIMO雷达成像外场实验研究

以MIMO雷达的成像性能为研究对象,本文首先探讨了MIMO雷达的成像原理,论证了MIMO雷达的高分辨成像能力.而后构建了MIMO雷达成像实验系统,利用波束形成聚焦成像的方法对外场实验数据进行了处理,初步验证了MIMO雷达优良的成像性能.最后的成像结果表明:MIMO雷达的方位分辨率较同等接收阵列的实孔径方式提高约158%,同时旁瓣电平比实孔径方式降低约3dB.     

利用规则化热扩散方程的SAR图像桥梁检测

提出了一种利用规则化各向异性热扩散方程SAR图像分割的桥梁检测算法.该算法在Pemna和Malik提出的各向异性热扩散方程的基础上构造了一个新的扩散函数,利用数值逼近理论,得到一个新的规则化扩散模型,用此模型对图像初始分割的最大后验概率矩阵进行多尺度各向异性平滑,得到图像中河流的精确分割结果,最后在分割后的图像中按累加方向能量最小准则进行桥梁目标检测.真实数据实验结果表明,该方法能有效地抑制强斑点噪声,快速、精确地检测出SAR图像桥梁目标,同时保持桥梁的结构信息.     

VHF/UHF波段树干电磁散射特性分析

运用FDTD方法计算树干的宽带电磁散射特性.即将地面的散射场与入射场视为两个激励场作用于树干,从而得到地面背景下树干的散射场.给出了树干时域、频域、极化域和空域的电磁散射特性,并对这些特性进行了分析.     

一种通用的仿射不变特征区域提取方法

本文利用尺度-空间理论和自相关矩阵的局部形状提出了一种通用的提取仿射不变特征区域的方法.首先,在尺度-空间中对图像的归一化高斯微分求三维局部极大值获得特征点和特征尺度位置,然后在特征点的特征尺度上用自相关矩阵刻画局部的灰度变化,提取的椭圆区域即为仿射不变特征区域.在此通用方法框架下构造了Harris3D、Laplace3D、Hessian3D和Localjet43D四种仿射不变特征区域算法.实验结果表明这四种算法都具有照度、旋转和尺度不变性.用本文设计的一种仿射不变性仿真实验方法验证了算法的仿射不变性.比较四种算法发现除了Harris3D性能稍差外其他三种算法性能接近.     

基于RLS横向滤波自适应抵消法的直达波抑制

直达波(收发天线耦合波、表面直接反射波)由于其具有很强的能量对近场瞬态测量系统--表层穿透雷达(SPR)目标回波信号造成了严重干扰。本文根据各测点直达波的强相关性,采用自适应抵消法去除直达波。处理结果表明自适应抵消法能够有效的抑制直达波,抑制了4ldB;提高目标回波的信干比(SIR),由.5.5dB提高到了6.2dB。同时该方法对直达波局部畸变以及幅度、时延的变化具有很强的适用性。