杂波背景中雷达目标极化检测的比较研究

该文导出了高斯随机极化波的瞬态Stokes矢量的联合概率密度函数,由此导出了基于Stokes矢量的极化检测器及其检测概率、虚警概率的解析表达式,并给出了该检测器在不同杂波极化度条件下的检测性能理论曲线。对基于Stokes矢量和基于Jones矢量的极化检测器进行了比较研究,给出了大脉冲数条件下二者检测性能差异的解析表达式,证明了基于Stokes矢量的极化检测器是正交双极化接收、非相参积累条件下的最优检测器。      

基于粒子滤波算法的DS-CDMA多用户检测

粒子滤波算法是一种基于贝叶斯估计的蒙特卡罗方法,尤其适用于处理非线性、非高斯系统的状态估计问题。该算法应用于DS-CDMA系统的多用户检测中,检测器能在检测性能和计算复杂度之间取得很好的平衡。基于粒子滤波算法的多用户检测器在性能上逼近于最优多用户检测器,而计算复杂度远低于最优多用户检测器,与次优多用户检测器相当。利用白化匹配滤波器的输出可以建立同步DS-CDMA系统的状态空间方程,使得粒子滤波算法应用于多用户检测中。仿真实例证明了基于粒子滤波算法的多用户检测器在等功率和远近效应的情况下的性能优势。     

雷达多视极化检测器性能对比分析

雷达极化检测器性能对比分析可为极化检测器的工程设计提供重要参考,但目前针对其检测性能的评估理论仍不完善,尤其缺乏多视情形下的分析结果.文章以极化雷达多视协方差矩阵的复Wishart分布为基础,采用蒙特卡洛仿真与理论推导得到了7种经典极化检测器的多视检测性能曲线,并构建曲线下面积（Area Under Curve,AUC）指标对检测性能进行自动排序.仿真实验结果表明4视处理时的检测性能排序为:最优极化检测器＞极化白化滤波器≈似然比检验＞最佳能量检测器＞极化匹配滤波器≈多视极化能量检测器＞单通道检测器.理论推导结果表明,具有线性加权形式的极化检测器,其检测与虚警概率都具有两类等价的数学表达式,其中基于Gamma函数的表达式可用于快速计算出恒虚警检测门限.最后采用全极化合成孔径雷达实测数据,对上述结论进行了验证.     

基于环境扰动模型的干扰抑制极化滤波器性能研究

具有双极化接收能力的雷达利用极化滤波手段能够抑制波束主瓣内的干扰信号.然而多径等传播环境效应会对干扰信号的极化特性产生扰动,影响实际接收信号的极化度,同时影响极化滤波器的干扰抑制性能.本文基于工程中对干扰抑制极化滤波器性能分析的需求,分别在理想条件及环境扰动条件下建立了用于描述干扰抑制极化滤波器性能的数学模型,仿真分析了极化滤波器的干扰抑制性能同干噪比、干扰极化状态以及环境扰动系数间的关系.随后为改善环境扰动影响下干扰抑制性能,提出了一种新的基于天线主辅阵联合的极化滤波的方法.最后通过极化雷达抗干扰实验不仅验证了极化滤波器性能表征模型的正确性,同时还在环境扰动条件下对比了两种滤波器性能,结果表明新的滤波方法在该扰动条件下干扰抑制方面的优势.     

雷达极化对角加载检测器的最优权重算法

针对复杂海杂波环境下极化SAR图像弱小目标检测难题,最近提出的雷达极化对角加载滤波器融合了极化白化滤波器（PWF）和极化检测优化滤波器（PDOF）的优势,通过选择合适的线性加权系数,能够突破非高斯杂波背景下的目标检测性能限制。但是如何获取该线性组合的最优加权权重是该方法的难点。首先重新构造了基于线性组合的雷达极化对角加载检测器,在此基础上从曲线下面积（AUC）的检测性能评估角度给出了线性组合的最优化数学模型,并提出了基于该准则的最优权重算法。为加快求解速度,分别提出了基于Fisher准则线性判别分析（LDA）、基于口袋感知机学习算法（PPLA）和以LDA解为初值AUC求解算法等三种简化求解方法。最后通过仿真和实测实验验证了以上方法的有效性和鲁棒性,结果表明以LDA解为初值的AUC求解算法综合性能最佳。     

超表面加载极化可重构双极化微带天线设计

基于超表面结构设计了一种2.555~2.655 GHz频段的极化可重构双极化微带天线。首先根据微带天线理论设计了缝隙耦合正交馈电的双极化微带贴片天线,然后提出并设计了一种方形切角的新型超表面结构,并将该超表面放置在双极化微带天线上,通过机械方式旋转超表面,实现了左、右旋圆极化和水平、垂直线极化之间的极化转换。利用HFSS仿真软件对该超表面加载微带双极化天线进行了仿真。结果表明,该双极化天线能够便捷地实现极化转换,且在两种极化状态下,天线在工作频带内的回波损耗小于–10 dB,隔离度大于20 dB,圆极化工作状态下的轴比小于3 dB,天线的整体性能良好。     

雷达动目标极化散射矩阵瞬时测量技术

研究了雷达运动目标的信息获取问题,提出了运动目标极化散射矩阵瞬时测量方法。雷达正交双极化天线同时发射正、负调频斜率线性调频信号,目标的正交双极化回波分别与2个线性调频信号进行匹配滤波,利用正、负斜率线性调频信号的模糊函数特性测量目标时延和多普勒频移,通过求解线性方程组消除极化-多普勒耦合,精确得到目标极化散射矩阵的4个元素。该方法可以在单个脉冲周期内同时获取目标的距离信息、速度信息和极化信息。仿真实验验证了该方法的有效性。     

强干扰环境中SINR极化滤波器的性能分析

研究了最优极化滤波问题,针对已有工作对信号干扰噪声比(SINR)极化滤波器性能分析的不完备性,对强干扰环境中SINR极化滤波器的性能进行了全面分析.推导出强干扰环境中SINR极化滤波器最优解的解析表达式,构建电磁环境参数空间来综合考虑不同电磁环境参数对滤波性能的影响,详细讨论了滤波性能对信号极化度、干扰极化度及极化匹配系数等参数的复杂依赖关系,最后给出性能分析的相关结论.     

抑制雷达主波束内GSM干扰的极化滤波方法研究

针对雷达在实际中受到的GSM通信基站干扰问题,该文采用极化滤波抗干扰的方法,在现有自适应极化对消(APC)算法基础上提出了一种基于部分极化波最优接收的滤波算法,先估计GSM信号的部分极化Stokes矢量,后依据干扰功率最小原则计算最优接收极化。通过开展极化抗干扰外场试验,证明了极化滤波方法对于基站干扰抑制的有效性。与传统算法的比较说明了该方法在保证滤波效果的基础上,用于权值收敛的时间更短,性能更稳定。     

极化空时自适应匹配滤波检测器

针对极化空时自适应处理时目标极化状态和杂波协方差矩阵未知等实际瓶颈问题,提出了一种适应于机载极化阵列雷达的极化空时自适应匹配滤波(PST-AMF)检测算法.该检测算法先利用回波数据估计目标的极化状态,然后再将估值代入似然比得到了新的检验统计量,进一步推导了检测器虚警概率和检测概率的解析表达式,从理论上证明了该检测方法具备恒虚警(CFAR)特性.该检测器计算量比极化空时广义似然比检测器(PST-GLRT)少,易于工程实现.最后,仿真验证了在检测慢速运动目标时,其性能优于单个通道的空时自适应匹配滤波检测器(ST-AMF),具备较强的稳健性.     

极化白化滤波器的一种多通道扩展

为减小相干斑对分类、检测的影响,通常要对极化合成孔径雷达图像进行相干斑抑制。极化白化滤波器(PWF)是利用多个极化通道的复数据抑制相干斑的有效方法,但其输出只有一个通道。为了在后续处理中能够利用全极化数据,该文对PWF进行了改进,提出了多通道极化白化滤波器法(MCPWF)。该方法在保持PWF最少相干斑图像输出的同时,还能得到各个极化通道滤波后的输出。Pi-SAR实测数据的实验结果验证了该方法的有效性。     

Degree of polarization detection: a dual‐polarized antenna based spectrum sensing algorithm for cognitive radio

A new spectrum sensing algorithm‐degree of polarization (DoP) sensing algorithm is proposed in this paper. By exploiting a pair of dual‐polarized antenna at the receiver, DoP of the received vector signal is estimated and utilized to detect the presence of primary users based on the polarization characteristics of electromagnetic waves. The dual‐polarized narrowband and broadband systems are both considered for DoP detection. In theoretical analysis, we derive the probability of detection, the probability of false and detection threshold of the proposed algorithm. It is shown that our algorithm overcomes the noise uncertainty problem. Considering the polarization‐sensitive channel impairments, the impact of polarization mode dispersion on DoP detector is discussed. This method can be utilized for various signal detection applications without requiring the knowledge of signal, transmission channel, and noise power. In simulations based on wireless microphone signals, by applying polarization information signal carries, DoP achieves a better detection performance than arithmetic‐to‐geometric mean detector, the maximum‐to‐minimum ratio eigenvalue detector, and energy detector with noise uncertainty. The simulations based on digital video broadcasting‐terrestrial signals are also presented, which may show the detection performance of the proposed method may be affected by polarization mode dispersion. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

面向毫米波遥感成像的双极化毫米波探测器

针对多极化毫米波遥感成像重大需求,报道了一种高集成度双极化毫米波探测器。探测器采用固态电子学方案,通过喇叭天线接收毫米波信号,利用正交模耦合器进行极化信号分离,采用两级低噪放芯片放大信号,通过肖特基二极管实现功率检测。每支探测器集成两路接收通道,每个接收通道可同时探测水平与竖直两个极化方向信号。经测量,探测器探测频段为W波段(75～110 GHz),平均等效噪声温差达到0.3 K(@10 ms),尺寸不足155 mm×15 mm×20 mm,质量<0.3 kg。利用该探测器实现城市环境双极化毫米波遥感成像,成像结果表明,相比于单极化遥感成像,双极化遥感成像可以获得更多极化信息,可对城市环境下常见物品进行突出显示,这有助于今后进行自动物品识别、轮廓提取与远程物质成分识别。     

中波红外集成偏振光栅结构参数对偏振性能影响仿真分析

中红外集成偏振焦平面探测技术将偏振探测技术与中波红外焦平面成像探测技术融合,通过异质集成的方式实现偏振光栅和探测器的单片集成,具有体积小、质量轻,机械稳定性高等优势,可实现多偏振方向的同时成像。像元级的亚波长金属光栅可实现不同偏振方向的高消光比,然而金属材料的选择、光栅的周期、占空比、厚度等参数均会影响偏振探测器的偏振性能。给出了亚波长金属光栅的理论分析,建立了中波红外集成偏振HgCdTe探测器的偏振性能仿真模型,对不同光栅参数对探测器偏振性能影响进行了仿真分析,确定了Al光栅周期200~400 nm,占空比0.5~0.7,厚度＞100 nm的参数选择。仿真分析得到在±14°入射角范围内,偏振消光比变化较小。同时,引入了Si基HgCdTe探测器,仿真分析了SiO₂增透膜厚度对偏振消光比的影响,确定了SiO₂最佳厚度在500 nm附近,对Si基和CdZnTe衬底集成偏振HgCdTe探测器的消光比进行比对,得出了Si基探测器偏振性能更优。仿真结果可为中波红外集成偏振HgCdTe探测器偏振光栅的设计提供理论指导和参考。     

Game theoretic design for polarimetric MIMO radar target detection

Polarimetric radar systems allow the flexibility of transmitting arbitrarily polarized waveforms that match the scattering profiles of the target. Since different types of targets have varying profiles, the advantages of a polarimetric radar system can fully be exploited only when the type of target is accurately estimated. However, accurate estimation requires a significant amount of training data, which can be expensive. We propose a polarimetric design scheme for distributed multiple input multiple output (MIMO) radar target detection. We formulate the selection of transmit polarizations using a game theoretic framework by examining the impact of all possible transmit schemes on the detection performance with different available target profiles (see also Gogineni and Nehorai, 2011 [1]). This approach does not require training data, and we show a significant performance improvement due to the polarimetric design. Other radar design problems can also be solved using this game theoretic approach.     

基于并行遗传算法的CDMA优化多用户检测方法

多用户检测技术是第三代移动通信系统CDMA中的一项关键技术。在多用户检测中求解最佳矢量问题可以转化为在遗传算法中求解具有最高适应度函数的问题。本文提出了一种基于并行遗传算法的CDMA多用户检测器,并与最佳多用户检测和传统检测器进行比较,实验结果表明本方法可获得接近最佳检测的性能。由于采用并行遗传算法,这种多用户检测器更易于实时应用和硬件实现。     

PolSAR有源假目标干扰的鉴别与对消

本文针对分时极化测量体制,研究了极化合成孔径雷达(PolSAR)有源假目标干扰的鉴别与对消问题.首先建立了真实雷达目标和有源假目标干扰的极化信号模型,指出了真实雷达目标和有源假目标干扰的极化特性差异.在此基础上,提出了一种在慢时间多普勒域进行有源假目标干扰鉴别和对消的原理和方法,并给出了抗有源假目标干扰的PolSAR成像的工程实现流程.仿真实验验证了该方法的有效性.     

盖革模式APD激光雷达探测性能与虚警抑制研究

对基于盖革模式APD(GM-APD)探测器的激光雷达的探测性能和虚警抑制方法进行了研究。从系统原理与探测时序出发,研究了长死时间、回波脉宽大于时间数字转换器(TDC)分辨时间情况下目标探测概率与虚警率分布,分析了回波强度、脉宽、噪声与回波位置对目标探测概率与虚警率的影响;利用双探测器结构的探测模型,研究了双探测器结构在提高系统探测性能中的作用。研究结果表明:回波越强,脉宽越窄,噪声越低,回波位置越靠前,目标探测概率越高,虚警率越低,系统探测性能越好;对于双探测器结构,与逻辑可很好地抑制虚警;或逻辑可提高目标探测概率;使用与逻辑和或逻辑相结合的双探测器结构,可以获得更高的目标探测概率和更低的虚警率。     

Adaptive model-based scattering decomposition of Polarimetric SAR Interferometry

In this paper, a new decomposition method is proposed to solve the problems that vegetation component is overestimated and is not sensitive to directional scattering features with traditional polarimetric Synthetic Aperture Radar （SAR） decomposition. It uses a Polarimetric Interferometric Similarity Parameter （PISP） calculated from Polarimetric SAR Interferometry （PolInSAR） datasets to the scattering decomposition. The PISP is proposed to reveal the geometric sensitivity of SAR inter- ferometry. It is defined by three optimized mechanisms obtained from PolInSAR datasets, therefore, it not only relates to the coherent scattering mechanism closely, but also sufficiently uses the phase and amplitude information. The PISP of building is high, and forest＇s PISP is low. The proposed method uses the PISP as a judge condition to select different vegetation model adaptively. The decomposition results show the proposed method can effectively solve the vegetation ingredients overestimation problem. In addition, it is sensitive to the directional scattering.     

Fisher纹理分布下基于匹配滤波的极化SAR图像CFAR检测方法

在已有的极化合成孔径雷达（PolSAR）图像恒虚警（CFAR）检测方法中,存在着高分辨下杂波模型适用性差的难题。为此提出了一种Fisher分布下的CFAR检测方法,并定义虚警损失率（CFAR Loss,C_L）以量化评估算法的恒虚警保持性能.首先,在乘积模型框架下引入Fisher纹理变量,推导出了多视极化匹配滤波（Multi-look Polarization Matched Filter,MPMF）检测量的概率密度函数（PDF）.然后,对PDF积分得到了虚警概率的闭合解析式,并设计了CFAR检测流程.仿真数据和机载合成孔径雷达（Airborne SAR,AIRSAR）数据实验结果表明,与基于K分布、G₀分布、Wishart分布的CFAR检测算法以及双参数恒虚警（two-Parameter CFAR,2P-CFAR）算法相比,新方法具有良好的恒虚警保持性能和检测性能,具有较强的鲁棒性,且运算时间未明显增加,相比于其他检测方法,品质因数（Figure of Merit,FoM）平均高出12.80%.