基于一阶海洋回波的HF-SAR提取表层海流性能分析

将合成孔径技术用于高频地波雷达,以实现单站提取表层海流,对于降低观测成本、提高效率具有重要意义。但现有的高频合成孔径雷达(HF-SAR)信号模型是基于理想点目标的,而未考虑海域分辨单元的Bragg散射效应。针对这一问题,基于一阶海洋回波理论,该文提出了用HF-SAR提取表层海流的改进的信号模型,并分析了Bragg散射对HF-SAR方位向回波的影响。然后针对方位向回波信号的特点,给出了相应的速度估计算法。最后通过蒙特卡洛仿真分析了HF-SAR对指定海域分辨单元的速度估计性能,结果显示对于流速和流向的估计精度能够满足工程应用的要求,这表明用HF-SAR提取表层海流是可行的。     

单站高频地波雷达矢量海流生成算法研究

从一种二维海洋模型--流函数模型出发,在一定区域内利用单站宽波束高频地波雷达径向流数据构造流函数以求取矢量流分布,提出了一种全新的矢量流生成算法,并用雷达实测数据对算法进行了检验.该算法的实现应用了动态网格划分、最小二乘法和加权平均等数值技术,保证了算法的有效性和稳定性,提高了计算精度.将流函数算法用于高频地波雷达OSMAR2000实测的单站径向流场数据,所得矢量流场与海流计观测资料进行定点分析比较,算法精度达到流速15cm/s,流向20°.     

双基地高频地波SIAR通道幅相误差的自校准方法

该文针对多载频阵列发射、单天线接收的双基地高频地波SIAR,分析了通道幅相误差对空时二维超分辨的影响,研究了发射通道幅相误差的自校准方法。该方法利用直达波信号,将传统自校正算法中误差参数与目标参数的联合估计,转化为先估计误差参数再超分辨估计目标参数的级联处理,大大降低了计算量和时间损耗,操作简单且易于实现。该文对影响误差参数估计的因素及因应措施也作了讨论。计算机仿真验证了所提方法的有效性。     

高频地波雷达射频干扰抑制新算法的研究

针对高频地波雷达易受到其他设备发射的高频信号干扰的问题, 通过分析射频干扰与有效目标信号在雷达回波中的表现形式及其在雷达距离多普勒谱图中出现区域的差异, 运用多重信号分类算法估计射频干扰的频率和方位角子空间, 利用子空间投影的方法分别在频率和方位角上分解射频干扰信号和有用目标回波信号, 之后从原信号中减去射频干扰分量, 从而实现射频干扰抑制的目的.仿真结果与实测数据的处理结果都表明:该算法可以有效抑制射频干扰.     

基于海洋回波的高频地波雷达阵列幅相误差校准

针对现有无源校准方法在高频地波雷达中失效的问题,该文提出了一种基于海洋回波的高频地波雷达阵列幅相误差校准算法。该算法利用相控阵中相邻天线对同一海流面元回波之间满足的关系,建立多组幅相误差方程并联立求解。通过对模拟的海洋回波的数据进行处理,分析算法的幅相误差校准值的估计偏差。将此算法应用在实测数据处理中,验证了其有效性及可靠性。     

基于单快拍MUSIC与改进UTJDL的海杂波抑制算法

要实现船载高频地波雷达对海面目标的快速准确检测，必须对非均匀分布的海杂波进行有效抑制。为此，提出一种单快拍多重信号分类(MUSIC)与改进无迹变换局域联合处理(UTJDL)相结合的非均匀海杂波抑制算法。首先通过单快拍MUSIC算法，将阵列信号转换至角度多普勒域并进行局域联合处理(JDL),以有效降低运算量和提高目标分辨率。然后，利用改进的基于奇异值分解(SVD)的无迹变换(UT)对每个距离元的JDL数据进行预处理以获得更多的一致性数据并进行每个距离元的协方差矩阵估计。最后，根据不同距离单元与待检测距离单元的相关系数估计待测距离单元的协方差矩阵，并由此实现对海杂波的快速有效抑制。仿真实验结果表明，文中提出的算法可以有效提升信杂噪比，有利于目标的快速准确检测。     

小型化高频地波雷达舰船目标检测方法

针对OSMAR2003型小型化高频地波雷达系统的目标检测问题,讨论了对小型化高频地波雷达系统低信杂比回波信号的优化处理过程,给出了一种峰值检测后同时在距离域、多普勒域和波束域进行联合的三维联合恒虚警( CFAR)目标检测方法,利用高分辨力测向算法对检测到的目标进行方位估计,然后利用最邻近法进行目标关联得到目标点航迹,最后结合小型化高频地波超视距雷达的实测数据验证了三维CFAR检测器的有效性。     

一种机载/弹载阵列雷达前视超分辨成像算法

针对机载/弹载雷达前视成像过程中方位分辨率急剧下降的问题,提出了一种基于超分辨技术的阵列雷达前视成像算法。该算法通过对接收的各通道回波数据进行样本协方差估计,并对该协方差进行修正及空间平滑等处理,随后采用改进的多重信号分类(MUSIC)算法估计空间谱,再根据系统参数将谱曲线进行累积,最终获得雷达前视图像。仿真及实测数据处理结果表明,该算法能有效提高雷达前视方向成像的方位分辨率,实现机载/弹载雷达前视超分辨成像。     

高频地波雷达多普勒信号的AR预测恢复

雷电干扰和瞬时突发的无线电通信干扰信号严重影响高频地波雷达的正常工作。干扰严重时通过二维ＦＦＴ处理仍不能从接收信号中提取目标的距离和速度信息，此时需要对受到破坏的多普勒信号加以修正。为此本文提出基于ＡＲ模型的多普勒信号恢复方法。针对多普勒信号被干扰分割的特点，采用前后向预测的ＬＭＳ算法，首次建立了高频地波雷达多普勒信号的ＡＲ预测模型，解决了多普勒信号的恢复问题，从而使高频地波雷达具备了抗瞬时突发干扰的能力。计算机仿真和现场实验数据的处理结果表明本文方法是有效的。     

超分辨技术在超视距雷达中的应用

分析了用“受限MUSlC法”对多目标的检测，对他应用于高频地波雷达的情况进行了建模和仿真，仿真结果表明，受限“MUSIC算法”可以有效地将相干的信号与海杂波分辨开来。     

一种高频SAR的动目标成像算法

首先建立单运动点目标的高频合成孔径雷达(HF-SAR)信号模型;然后基于频域校正距离徙动的距离-多普勒算法和适合动目标的方位脉压函数,设计了一种动目标成像算法;最后通过仿真比较分别用静目标和动目标的方位脉压函数对动目标回波信号进行成像处理的结果,得出了动目标的距离向速度导致成像位置偏移,而方位向速度导致图像散焦的结论。仿真结果表明文中设计的动目标成像算法能够实现HF-SAR对运动点目标的精确成像。     

基于特征配准的ISAR图像方位定标方法

逆合成孔径雷达(ISAR)成像利用目标相对雷达视线的姿态变化形成的合成孔径获得方位高分辨,成像方位为多普勒轴,通常需要估计目标的有效转动速度以实现ISAR图像的方位定标从而体现目标真实尺寸。现有算法通常利用信号的运动参数估计和图像整体配准。该文提出利用子孔径ISAR图像的特征提取和配对,根据特征点坐标估计目标的有效转角速度。首先利用尺度不变特征变换(SIFT)和快速鲁棒特征(SURF)对两幅ISAR图像进行特征点提取;然后分别采用最短欧氏距离和随机采样一致性(RANSAC)进行特征点的匹配和失配点的剔除;最后根据配对特征点的坐标和能量估算有效转角速度,实现ISAR图像方位定标。仿真数据和实测数据验证了该算法的精确性和稳健性。     

基于ES-DOA估计的室内非法信号源定位方法

针对室内非法信号源定位应用的特点,提出一种基于到达方向(DOA)估计的无源定位方法。采用具有解相干能力的基于特征空间的到达角(ES-DOA)估计算法估计来波到达角度空间谱和对应的信号功率;采用一种新的直达路径集成搜寻算法判断信号的直达路径方向,并通过交叉测量法估计非法信号源的位置。仿真实验表明,ES-DOA算法在处理相干阵列信号时,具有高分辨力和较强的抗噪声能力,提出的直达路径识别算法能够在不同室内环境中准确识别信号的直达路径方向,具有较强的鲁棒性。研究证明,该定位方法具有较强的系统可实现性,既能单站定位,又可多站协同工作,部署方便,使用灵活,是一种有效的室内非法信号源定位解决方案。     

Tutorial review of synthetic-aperture radar (SAR) with applications to imaging of the ocean surface

A synthetic aperture radar (SAR) can produce high-resolution two-dimensional images of mapped areas. The SAR comprises a pulsed transmitter, an antenna, and a phase-coherent receiver. The SAR is borne by a constant velocity vehicle such as an aircraft or satellite, with the antenna beam axis oriented obliquely to the velocity vector. The image plane is defined by the velocity vector and antenna beam axis. The image orthogonal coordinates are range and cross range (azimuth). The amplitude and phase of the received signals are collected for the duration of an integration time after which the signal is processed. High range resolution is achieved by the use of wide bandwidth transmitted pulses. High azimuth resolution is achieved by focusing, with a signal processing technique, an extremely long antenna that is synthesized from the coherent phase history. The pulse repetition frequency of the SAR is constrained within bounds established by the geometry and signal ambiguity limits. SAR operation requires relative motion between radar and target. Nominal velocity values are assumed for signal processing and measurable deviations are used for error compensation. Residual uncertainties and high-order derivatives of the velocity which are difficult to compensate may cause image smearing, defocusing, and increased image sidelobes. The SAR transforms the ocean surface into numerous small cells, each with dimensions of range and azimuth resolution. An image of a cell can be produced provided the radar cross section of the cell is sufficiently large and the cell phase history is deterministic. Ocean waves evidently move sufficiently uniformly to produce SAR images which correlate well with optical photographs and visual observations. The relationship between SAR images and oceanic physical features is not completely understood, and more analyses and investigations are desired.     

超高频雷达海洋表面流的探测结果与分析

近岸海域地形、海流复杂, 而超高频雷达系统具有较高距离分辨率、小发射功率的特点, 波长介于高频电磁波和微波之间, 能同时提取海浪毛细波与重力波信息, 与波浪作用比较敏感, 能实现近海海洋动力参数的精细测量.不同于高频雷达回波谱, 超高频雷达回波中一阶峰、二阶峰展宽严重并混叠在一起, 难以划分一阶峰区域, 因此, 文中系统设计采用数字波束形成进行流速方位提取.雷达反演的流速结果与浮标数据的相关系数为0.88, 但是均方根误差很大.通过分析, 得出海洋表面流速不仅受到潮汐效应、地球自转的影响, 当地风速在很大程度上也会影响表面流速的结论.     

侦察参数精度对机载SAR假目标干扰的影响

针对实施机载合成孔径雷达(SAR)假目标欺骗干扰所需引导参数存在测量误差的问题,首先,分析了假目标欺骗干扰调制信号模型,并给出了干扰信号所需侦察参数;然后,分析了机载平台与信号参数误差对假目标的位置、幅度及分辨率的影响,指出了假目标在SAR图像中的“折叠”现象,并分析了产生原因;最后,对参数误差的影响进行了定量仿真分析。理论分析与仿真结果表明,SAR的定位误差与假目标的成像位置偏移量大致呈线性关系。当速度误差为2%、方位向定位误差为100 m时,假目标的方位向分辨率降低约1倍。     

基于自适应子空间追踪的层析SAR成像算法

在对分布式SAR进行数据降采样下会信号的三维处理增加不少难题。其中在解决频域距离弯曲校正时,由于方位向的降采样使数据不再满足奈奎斯特定理,导致在多普勒域计算距离偏移量时会出现数据的混叠。针对该问题,提出了基于LMS估计的距离弯曲校正算法,该方法根据最小均方估计思想估计权值系数完成方位向的插值,有效解决了该条件下的距离弯曲问题。针对高层成像中稀疏阵列导致基线数量有限且不均导致成像分辨率差的问题,提出了基于压缩感知的自适应子空间追踪方法来提高高度维成像的分辨性能,相比于正交匹配追踪算法,它能实现对迭代得到候选解的同步检验,避免了错误结果积累的问题,有效提高了成像的质量。     

基于人工蜂群算法的基站天线方位角与下倾角自优化方法

针对3GPP中提出的SON(self-organizing network,自组织网络)覆盖自优化问题,提出一种基于人工蜂群算法的基站天线方位角与下倾角同时优化方法。首先,基站根据用户设备上报的MR(measurement report,测量报告)数据确定待优化区域,并建立以基站天线对待优化区域的平均增益为目标函数的优化模型;其次,利用人工蜂群算法求解该目标函数,并得到基站天线方位角与下倾角的最优解;最后,将基站天线方位角与下倾角调整至最佳值,实现基站根据用户设备位置的覆盖自优化。通过系统建模、仿真与外场实验,以用户设备接收的RSRP(reference signal receiving power,参考信号接收功率)为指标,利用人工蜂群算法的计算方法较未优化的初始参数提升6.81 dB,较依靠人工经验的判别方法提升4.35 dB。实验结果证明,提出的自优化方法可根据用户位置分布精准及时地对基站天线方位角与下倾角进行调整,提升用户对信号强度的感知。     

基于AIS信号的低空大气波导监测试验分析

鉴于低空大气波导对海上工作的雷达、通信系统的显著影响,提出了基于实测船舶自动识别系统(automatic identification system, AIS)信号的海上低空大气波导遥感新方法.首先讨论了不同大气折射环境下的AIS信号传播特性,验证了低空大气波导尤其表面波导对海上实际VHF频段AIS信号的显著影响;然后给出了2018年4月20日以及22日岸基AIS接收机接收功率平面位置分布图结果,利用接收站附近探空站的修正大气折射率剖面验证了大气波导是形成AIS信号远距离传播的主要原因;最后给出了基于AIS信号反演低空大气波导的步骤,采用粒子群优化算法得到根据单一方位接收功率的反演结果.该方法具有被动接收、时空分辨率高的优点,是当前雷达海杂波、卫星导航信号遥感探测大气波导的有益补充.