车载前视地表穿透SAR多视处理中的关键技术研究

地表穿透合成孔径雷达(GPSAR)工作在低频区,具有地表穿透获得浅埋目标二维高分辨图像的能力。利用车载前视GPSAR可以在前进过程中对前方地雷和雷场进行远距离快速探测,是探雷的发展趋势。由于相干斑噪声会影响目标检测,该文研究了适合车载前视GPSAR的多视处理,提出了地距平面聚焦BP算法和地距平面图像折射和色散影响校正方法。提出的方法能解决多视处理中图像配准和浅埋目标二层介质成像问题。通用Rail-GPSAR实测数据对车载系统实际工作情况的模拟,验证了该文提出的方法能有效提高图像的等效视数和辐射分辨率。     

基于图像分割的地雷目标检测

前视地表穿透雷达能够对车前安全距离外的区域成高分辨率图像,利用前视地表穿透雷达进行地雷探测是一个复杂环境下的微小目标检测问题。受非平稳背景干扰,传统检测算法探测性能有限。该文提出一种基于图像分割的背景估计及地雷目标检测方法。连续多帧图像用来估计出耦合信号,为降低计算量,将成像后估计改进为回波域估计后成像。对剔除耦合信号后的图像实施均衡以保证各处增益相同,均衡后图像利用二维Otsu 算法分割出能量较强的区域,降低后续检测过程中强目标对杂波统计的影响,最终获得比传统检测算法更好的探测性能。该文同时还提出一种快速算法用于实时系统。通过实测数据验证,该方法可以有效改善前视地表穿透雷达的探测性能。      

地表穿透合成孔径雷达浅地表金属地雷二维电磁特征研究

利用机载或车载地表穿透合成孔径雷达(GPSAR)可以实现地雷和雷场的远距离大区域快速探测,是探雷的发展趋势.为了降低地雷检测中的虚警,需要基于地雷和杂波电磁特征设计有效的检测器.本文提出了GPSAR浅地表金属地雷二维电磁特征计算方法,理论计算结果与Rail-GPSAR实测数据基本吻合.电磁建模结果表明,浅地表金属地雷图像具有双峰特征,它将有效的提高地雷检测性能.     

基于方位不变特征的地雷检测方法

车载前视超宽带地表穿透雷达在地雷探测中遇到的困难是虚警率过高,地雷与杂波在全孔径图像中很难准确区分。为降低地雷探测过程中的虚警率,该文提出一种基于目标子孔径图像方位不变性的检测方法。该方法利用分裂发射虚拟孔径成像模型,将全孔径图像分解为左右两个子孔径图像,并根据子孔径图像中的目标一维距离剖线建立双峰特征模型。在此模型基础上提取具有方位不变性的若干特征,进而得到左右子孔径图像中目标的一致性度量,并将该一致性度量作为最终的特征向量送入鉴别器加以判别。经实测数据验证,该算法能有效剔除原先在全孔径图像中无法剔除的杂波,从而降低前视地表穿透合成孔径雷达中地雷探测的虚警率。      

基于超宽带探地雷达技术的探雷系统研究

常规的探雷方式虚警率高、误差大。利用超宽带脉冲探地雷达既可探测金属又可探测非金属的特点,结合探地雷达较好的穿透深度和目标分辨能力,可在空间与介质上对雷区浅地层埋藏的地雷进行区分与成像探测。     

基于二维时频特征的地雷目标检测

利用车载前视超宽带地表穿透雷达进行大区域地雷探测是探雷的发展方向,目前制约车载前视超宽带地雷穿透雷达探雷实用化的关键问题是难以提取一致性较好的地雷目标特征。文中以地雷目标的斜距 方位 频率 反射角四维散射函数为基础,提取二维时频域特征图像。然后对时频图像进行特征选择,并实现目标和杂波的分类。为降低分类器训练误差以提高其泛化性能,将特征选择和分类器设计有机结合。同时为保证地雷探测过程中具有恒定的探测率,在分类器训练过程中以恒检测率下的虚警率作为代价函数,通过实测数据验证,该方法适用于车载前视超宽带地表穿透雷达,最终得到的分类器能提供恒定的检测率,并且具有很好的泛化性能。      

超宽带合成孔径雷达金属地雷双峰特征增强算法

机载超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)探雷实用化的最大问题是虚警太多,而增强金属地雷双峰特征有助于有效剔除虚警。该文基于双峰显著度最大准则,提出了基于图像域后滤波器的双峰特征增强算法及后滤波器参数优化方法。实测数据处理结果表明,该算法能够有效提高怀疑目标中金属地雷的双峰显著度,从而提高最终金属地雷检测性能。     

基于FRFT-CLEAN的机动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

逆合成孔径激光雷达(Inverse Synthetic Aperture Ladar, ISAL)对机动目标成像时,其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题。对于机动性满足二阶运动近似的目标,分析了其ISAL回波信号特征,该文提出一种基于 FRFT-CLEAN 的 ISAL 成像算法。该算法利用分数阶 Fourier 变换(FRactional Fourier Transform, FRFT)消除距离色散。在运动补偿后,利用FRFT并结合CLEAN技术(FRFT-CLEAN)实现对机动目标的方位成像。仿真实验证明了该方法的有效性。     

基于鲁棒主成分分析的多域联合杂波抑制算法

奇异值分解等传统算法在处理穿墙成像中的杂波抑制问题时,杂波消除不够彻底,目标成像质量不高,严重影响后续的目标检测与识别.为解决这一问题,该文基于鲁棒主成分分析理论,在回波域和图像域分别建立联合低秩稀疏模型,以光滑化快速交替线性化(SFAL)方法来求解模型,并对目标图像进行指数加权联乘多域图像融合处理,从而得到最终成像结...     

机载冰川厚度探测雷达非线性CS成像算法研究

 针对高分辨率成像冰川厚度探测雷达涉及的两层媒质成像问题,文中分析了冰川探测雷达的空间几何模型,研究了一种修正的非线性Chirp Scaling(CS)改进成像算法,该算法能对电磁波在不同媒质界面产生的折射效应和不同媒质中传播速度的变化进行自动校正,并能有效改善散射点的聚焦性能.基于回波信号形式,推导并给出了成像算法的各相位补偿因子表达式及算法实现步骤,并利用该算法对分布于场景中心及边缘的点目标进行了成像仿真,验证了算法的有效性.     

A novel 3-D subsurface radar imaging technique

The problem of the formation of subsurface images using stand-off forward looking radar is by far more severe than that of forming the radar images in the free-space. A subsurface image needs to be accurately focused taking into account both the refraction and dispersion of the wavefield. This paper presents a novel imaging algorithm specially tailored for subsurface sensing. A simple and effective characterization technique for the retrieval of the dielectric permittivity is outlined. The proposed soil characterization and subsurface imaging techniques are validated experimentally. Results show that the geometric distortion in the subsurface images due to the refraction and dispersion of the wavefields is successfully corrected     

地下目标探测的LFMCW RD成像方法分析

在地下目标探测过程中,由于地下介质与空气的介电特性不一致,发射信号的传播速度和传播路径会发生改变,传播速度不再保持恒定,传播路径也不再是沿直线传播。由于采用连续波体制,此时传统的回波信号模型和成像处理方法都不再适用。根据地下目标成像的特点,针对线性调频连续波体制探地雷达,给出了地下目标成像的接收回波模型,并以此为基础,建立了以分层成像处理为基础的RD成像处理方法,并通过仿真进行了验证。     

连续波穿透雷达柱面成像的干涉条纹抑制研究

在进行单频连续波表层穿透雷达的柱面2维无损检测成像扫描时,发现明暗相间的条纹现象,这是雷达成像扫描的一种主要干扰,会严重降低目标的成像效果。该文简单分析了曲面干涉条纹的产生机理,并且基于柱面与目标的谱域分布特性差异,提出谱域干涉条纹滤波方法。针对小目标具有较规律的谱域角度分布特性,沿角度进行谱域插值的补偿,以消除谱域滤波丢失目标谱信息的影响。此外,结合波前成像算法,给出了实现简单、处理高效的谱域滤波成像处理流程。通过仿真分析和实测数据实验,结果表明该文方法能够有效去除柱面的干涉条纹,形成清晰的目标图像。与传统的减平均方法的对比证实该文方法更有效。     

基于Kirchhoff的MIMO探地雷达成像方法

随着对地下探测场景的不断扩大,传统探地雷达系统收发一体、逐点采集的数据获取方式已无法满足实时性需求.近年来,MIMO雷达实时性的优势不断凸显,因此研究基于MIMO的探地雷达数据处理和成像方法很有必要.本文在传统探地雷达偏移成像方法的基础上,针对MIMO探地雷达的空耦合成像问题,提出了一种基于Kirchhoff的MIMO...     

基于折射波静校正的未知参数穿墙成像合成延迟时算法

在穿墙雷达实际应用中,墙体一般由两层不同介质构成,且各层墙体参数未知.若对墙后目标直接成像,会产生目标散焦或位置偏移.针对该问题,提出了基于折射波静校正的合成延迟时方法对墙后目标进行聚焦成像.首先读取每根接收天线回波数据确定电磁波的折射回波时刻,通过基本折射方程得到延迟时超定方程组,解此超定方程组可得电磁波在外层墙体内...     

基于差分形态滤波和Kmeans++聚类的多地雷目标红外图像处理

针对复杂背景条件下较难完成掩埋式地雷目标红外图像分割的问题,利用地雷外形特征和雷场多个地雷目标相似的特点,提出了一种基于形态学和聚类算法的感兴趣区域（Region of Interest, ROI）选取方法。对原始图像消除噪声并通过差分形态滤波抑制背景后,缩小了目标所在区域的范围;再利用多目标在一定区域内的相似特征对可疑区域进行聚类过滤,进一步缩小目标所在范围并将其作为图像ROI分别进行阈值分割;最后根据目标的相关特征完成识别。对实测图像的处理结果表明,该方法对掩埋式多地雷目标具有较好的分割效果和较高的定位精度,同时算法的计算速度较快,能满足实际探雷需求。     

周视激光成像引信设计及仿真

激光成像探测是引信技术发展中一个重要方向,周视成像探测技术可以有效提高引信系统的探测能力。文中首先提出一种简易周视激光成像引信原理和结构,在弹目交会过程中可实现360周视探测的目标成像;其次建立弹目交会模型和目标3D模型,模拟简易周视激光成像引信对空和对地面目标成像探测的过程;最后设计简易周视激光成像引信的仿真软件,用于生成引信在不同弹目交会条件下的仿真数据,包括目标灰度图像、二值图像、回波信号等,可为周视成像引信的图像识别电路设计和最终的工程化实现提供可靠依据。     

基于电磁计算的非平整表层回波抑制方法

全息穿透成像雷达对介质表面不平整较为敏感,特别是对于高程差与波长相比拟的介质而言,介质表层反射的回波将掩埋目标回波或形成虚假目标,影响对埋藏目标的准确探测。针对该现象,本文提出了一种基于电磁计算的非平整表层回波抑制方法,该方法根据介质表面高程,利用电磁计算方法拟合非平整表层回波,经过幅度和相位适应校准后,再与包含表层影响的实测回波数据对消,实现非平整表层回波抑制,进而实现有效成像。实验结果验证了本文方法的有效性。