机载视觉探测与目标定位系统设计与实现

为了解决GPS(Global Position System)定位精度不够高,无法满足无人机完成货物搬运任务的问题,设计并实现了一种以TMS320DM6437为平台的机载视觉探测与目标定位系统,由机载子系统和地面监视子系统组成。机载视觉信息处理子系统利用圆的几何特性改进了经典的Hough变换圆检测算法,在保证精度的同时大大降低了计算量,提高了算法运行效率。同时设计并实现了区分多个相同目标的方案与算法,其冗余机制增强了方案的可靠性。最后搭建了静目标定位测试平台和动目标定位跟踪机载测试系统,验证了系统的可靠性、鲁棒性、实时性和探测精度。     

机载分布式平台的一种集中维护自检控制实现方法

机载分布式平台进行维护自检时,因节点多、节点差异大而导致出现维护自检控制和交互机制复杂、维护周期时间加长等维护安全性问题。提出了一种机载分布式平台集中维护自检控制的实现方法,基于机载分布式平台集中控制机制,可以实现对平台中的多节点、异构节点的统一维护自检,减少了管理和交互的复杂性,支持对检测出的故障信息进行详细报告,提高了分布式平台的可维护性。     

机载SAR天线稳定平台测试模块

文章简述了机载SAR天线稳定平台的结构以及国内第一个针对机载SAR稳定平台的自动化测试系统的结构,设计并实现了专用于该系统的基于PXI总线的测试模块的电路以及计算机端驱动、数据处理等软件,它模拟惯导姿态信号给平台伺服系统,采集平台跟踪误差信号并通过PXI总线传到主机中进行分析、处理和显示;试验证明,该模块能够圆满完成预定功能.     

一种机载SAR数据点目标辐射定标方法北大核心CSCD

针对机载平台姿态时变造成的天线波束指向不稳定而导致辐射精度下降的问题,提出了一种新的天线方向图定标方法。该方法基于sinc函数模型,考虑了飞机飞行过程中横滚角的影响,能够有效改善飞机姿态不稳导致辐射精度下降的问题。文章根据点目标响应能量计算、天线方向图定标和定标常数计算等关键步骤开展辐射定标研究,采用多波段机载SAR系统获取的C波段和X波段SAR数据对该方法的有效性进行了验证。积分法和峰值法的对比分析结果表明,结合本文新的天线方向图模型,积分法得到的相对和绝对辐射精度均优于峰值法,说明积分法提取点目标能量与本文改进的天线方向图模型结合的辐射定标方法能够满足高分辨率机载SAR数据辐射定标处理的要求。     

基于四旋翼无人机平台的实时多目标检测算法

随着无人机技术和深度学习技术的发展,基于深度学习的多目标检测算法在工业无人机中得到了广泛的应用。针对目前基于深度学习的多目标检测算法占用大量计算量资源,难以在算力有限的中小型无人机平台上实时运行的问题,分析了深度学习算法在低功耗CPU上的耗时,提出一种卷积神经网络计算优化方法。在机载计算机中进行仿真,结果表明在检测效果基本不变的条件下,算法帧率达到了56FPS,实现了无人机平台上的实时多目标检测。     

杂波背景下慢动目标多特征融合检测系统设计

杂波背景中的干扰因素众多,导致慢动目标检测精度低、效率差,提出了一种多特征融合检测系统设计方案。硬件部分由预处理模块、模数转换模块和DSP模块三部分组成,利用有源低通滤波抑制了高频噪声的干扰,通过DSP实现对其他模块的有效控制;软件部分由多特征融合检测模块、通信接口模块以及存储模块构成,将包含慢动目标的原始图像划分为若干个子区域,并确定每个子区域的CLBP直方图和色调直方图,与背景模型进行相似性匹配,实现慢动目标多特征融合检测;通过USB接口将检测结果传送至存储模块中,完成检测结果的存储。系统性能测试实验结果表明,设计系统可在花费最少时间的前提下,得到精度最高的杂波背景下慢动目标检测结果。     

阵列天线方向图仿真系统设计与研究

针对阵列天线的布阵问题,设计了一种阵列天线仿真系统,实现了阵列天线设计的可视化操作.通过设置阵元数、波长、阵元间距等天线相关参数,系统能够实现直线、平面、圆形和圆柱四类阵列天线的仿真分析.针对四类阵列天线稀疏布阵问题,系统采用遗传算法,对稀疏阵列天线的方向图特性进行研究.通过系统的仿真,用户可以直观地观察阵列天线方向图...     

机载控制视觉目标定位系统的设计与实现

机载控制视觉目标定位系统广泛应用于航空控制领域,对其进行设计和实现具有重要应用意义;针对机载控制视觉目标定位的特征,设计并实现了机载控制视觉目标定位系统,分析了系统的总体结构,包括视觉模块、飞控模块、导航模块以及无线传输模块,给出了系统主控箱、CAPA800主控制器、PCI04总线标准的主板、视觉传感器、PM1270T144C5N芯片的硬件结构,给出了系统的软件流程和视觉处理模块的流程,分析了基于CCS3.3代码开发调试平台的系统代码设计,最终实现机载控制视觉目标定位系统的设计与实现;实验结果说明,所设计系统获取的机载控制视觉目标清晰、有效,并且具有较高的目标定位效率和精度.     

位置敏感探测器PSD在雷达天线稳定平台测试中的应用

为了满足对机载合成孔径雷达(SAR)天线稳定平台动态性能的高精度测试的目的。采用基于二维PSD的测量系统测试平台。介绍了该测试系统测量雷达天线微小转角的原理、测试系统的结构、PSD器件的基本原理,数据采集及处理系统的硬件和软件实现。解决了PSD器件实验中的关键技术问题。该系统能精确真实地检测天线平台台体和平台控制装置的主要技术指标,特别是角位置伺服回路跟踪精度时间常数等某些动态指标。实现了雷达稳定平台的自动化测试。     

航空电子通用自动检测系统的设计与实现

基于GPTS平台的航空电子通用自动检测系统(以下简称检测系统)是机载航电系统的地面检测系统;该检测系统采用面向信号的ATLAS编程语言和尽可能少的平台物理资源,最大程度地覆盖被检测信号,由矩阵开关系统建立虚拟资源与平台物理资源的映射关系,通过设计的测试接口适配器和层层调用的模块化测试软件,完成了对机载航电系统的检测,灵活地实现了系统重组、资源复用和测试软件与硬件无关;系统已投入工程应用,满足设计要求,达到了预期的设计目标。     

Design and performance analysis of orthogonal coding signal in MIMO-SAR

Multi-input multi-output (MIMO) radar which has evident advantages in many applications is a new radar system.Applying the MIMO technique to the earth observing synthetic aperture radar (SAR) system offers effective ways for the improvement of high resolution and wide swath imaging and ground moving target indication (GMTI) systems.Designing the optimal orthogonal waveform is a crucial problem in the research on MIMO radar.First,the index definition of synthetic integrated side-lobe level ratio (ISLR) is pr...     

MIMO SAR OFDM chirp waveform design and GMTI with RPCA based method

Multiple-input multiple-output synthetic aperture radar (MIMO SAR) has drawn wide attention for its increased degrees of freedom (DOFs) compared to the traditional multi-channel SAR (MC-SAR) system. The MIMO SAR system, which makes each antenna illuminate one subswath, can widen the range swath without decreasing PRF. One of the foremost tasks involved in the MIMO SAR system is the waveform design at the transmitter. Moreover, at the receiver, how to accurately separate the auto-correlation signal from the cross-correlation interferences is the other important issue. In this paper, an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) chirp signal designing method is firstly proposed, which is based on low cross-correlation interferences and good peak-to-sidelobe ratio (PSLR) rules. Using the designed OFDM chirp signals, the focused signal of MIMO SAR system matched the robust principal component analysis (RPCA) basic model. The moving target (sparse signal), clutter (low-rank signal) and noise (noise signal) can be separated directly. Hence, RPCA based method can be employed for ground moving target indication (GMTI) with no need for extracting the matched signal or suppressing the unmatched interferences. Extensive simulations demonstrate the effectiveness of the waveform designing method and GMTI with RPCA based method for MIMO SAR system.     

多发多收SAR编码正交信号设计及性能分析

多发多收(MIMO)雷达是一种新的雷达体制,具有许多突出的优点.将MIMO技术应用于对地观测的SAR系统,将为高性能地完成高分辨率、宽测绘带成像和GMTI等功能提供有效途径.正交波形优化设计是MIMO雷达研究中的基础性关键问题.首先针对SAR应用的特点,考虑同频编码正交信号之间互相关能量影响,提出了综合积分旁瓣比指标定义.然后通过理论分析和一维数值仿真论证了同频编码正交信号综合积分旁瓣比性能无法满足SAR成像的要求;再通过数值仿真验证了失配滤波处理仍然无法改善同频编码正交信号的综合积分旁瓣比性能.最后优化设计了一组相位编码正交信号作为MIMO-SAR发射信号,通过MIMO-SAR成像和InSAR仿真试验,进一步验证了分析结论的有效性.     

知识辅助的机载MIMO雷达降秩STAP算法

研究机载平台下的MIMO雷达空时自适应处理技术(STAP),基于广义旁瓣相消结构的多级维纳滤波器,提出了一种利用先验知识约束的MIMO雷达降秩STAP算法。通过利用干扰方向知识以及基于扁长椭球波函数估计的杂波子空间知识,在保证杂波抑制性能的基础上,大大降低了机载MIMO雷达STAP算法的运算量和样本需求量。同时,考虑了知识不匹配情况下,知识辅助对算法收敛性能的影响。仿真结果表明,当知识存在一定误差时,该算法仍能有效地改善STAP算法的收敛性能。     

Wideband MIMO handset antenna design based on theory of characteristic modes

A novel multi‐input multi‐output (MIMO) antenna array in a compact mobile handset has been designed to operate in a wide frequency band below 1 GHz. Based on theory of characteristic modes (TCM), a pair of parallel folding metal strips is introduced to make a chassis generate two orthogonal eigenmodes with wideband resonant characteristics. A meander line‐loaded monopole structure is employed to excite higher frequency eigenmode, and a parallel lumped L‐C structure is used to excite lower frequency eigenmode. With two proposed feeding structures, the proposed MIMO antenna array can operate in a wide frequency band covering 745‐960 MHz with an envelope correlation coefficient (ECC) <0.12. Simulation and measurement results demonstrate that the proposed MIMO antenna array has total efficiency better than 40% over the whole operating band.     

Joint direction of arrival estimation and array calibration for coprime MIMO radar

Compared to large-scale MIMO radar, coprime MIMO radar can achieve approximate estimation performance with reduced antenna number. In this paper, joint direction of arrival (DOA) estimation and array calibration for coprime multiple-input multiple-output (MIMO) radar is considered, and an iterative method for the estimations of DOA and array gain-phase errors is proposed. Based on the received data structure of coprime MIMO radar, trilinear decomposition is firstly adopted to obtain the estimations of transmit and receive direction matrices, which are perturbated by the gain-phase errors. Through equation transformation, the un-perturbated direction matrices and gain-phase errors can be iteratively updated based on Least squares (LS). Finally, the unique DOA estimation is determined from the intersection of transmit and receive direction matrices. The proposed algorithm achieves better DOA estimation and array calibration performance than other methods including estimation of signal parameters via rotational invariance techniques (ESPRIT)-like algorithm, multiple signal classification (MUSIC)-like algorithm and joint angle and array gain-phase error estimation (JAAGE) method, and it performs close to the method with ideal arrays. Multiple simulation results verify the algorithmic effectiveness of the proposed method.     

基于多目标CRLB的分布式相干MIMO雷达阵列优化

根据分布式相干MIMO雷达的工作原理和空间多目标信号模型,在目标位置估计的基础上,推导证明了多目标位置估计的克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound,CRLB)。在对比单目标条件下阵列优化的前提下,提出了基于多目标空间分集增益和目标互扰模型的优化布阵准则,同时分析论证了多目标条件下优化布阵存在的必然性,给出了均匀非对称水平布型为优化布阵的结论。仿真实验验证了理论分析的正确性。     

十字形二维稀疏混合MIMO相控阵雷达收发阵列设计

针对二维混合多输入多输出(MIMO)相控阵雷达发射子阵分割带来的自由度损失进而影响雷达系统参数估计性能的问题,提出一种基于十字阵的二维稀疏混合MIMO相控阵雷达收发阵列设计方法.首先,结合稀疏阵列-共轭嵌套阵对混合MIMO相控阵雷达的收发端进行稀疏设计;其次,对混合MIMO相控阵雷达产生的合阵进行做差处理,得到阵元位置差的差异阵列;最后,通过空间平滑处理进行波达方向估计.仿真实验表明,相较于传统的二维混合MIMO相控阵雷达,所提出方法仅利用两个互相垂直的一维线阵便可形成阵列的二维平面扩展,同时,在不增加阵元个数的前提下可有效扩展雷达阵列虚拟阵元数目,提高阵列的自由度以及波达方向估计性能.     

基于射线跟踪的大规模MIMO信道建模

大规模MIMO具有巨型阵列尺寸和多维阵列结构,能够有效提升无线频谱效率,是未来无线通信领域重要的物理层技术之一.但大规模阵列具有的近场效应、高计算复杂度等问题,对其无线信道建模带来很大的挑战.本论文主要针对这些挑战,对大规模MIMO的信道模型进行了深入分析.首先在球面波假设前提下,建立大规模MIMO信道模型的基本框架;进一步利用基于马德里格地图的射线跟踪算法,对信道模型参数进行求解;最后给出大规模MIMO信道时延扩展及空间距离的统计分布.上述研究结果表明,所提信道模型能够反映大规模MIMO的主要信道特征.     

极化MIMO雷达隐身目标检测性能研究*

多输入多输出(MIMO)雷达使用了远距分布的阵元,它利用了信号的空间分集增益来获取更多的目标信息。极化是另一种可以提高雷达系统性能的分集方式。当应对隐身目标时,传统的极化雷达在某些观测角度会遭受到较大的目标雷达截面积(RCS)衰减,而无法获得较好的检测性能。而在一个雷达系统中同时利用这两种分集增益,可以得到一种比传统极化雷达更具优势的新雷达检测系统——极化统计MIMO雷达,它可以更好地应对隐身目标检测。给出了相应的模型,并推导出了该雷达系统的检测性能解析式。将其与传统相控阵及非极化统计MIMO雷达比较,可以看到极化统计MIMO雷达的检测性能更佳。联系到隐身目标的特性,极化MIMO雷达的检测器特性应对它时具有显著优势。最后,以上方法通过仿真得到了验证。