SAR成像中电离层的影响估计及其补偿

针对星载SAR对地面场景观测及地基ISAR对空间目标观测时,雷达电磁波穿透电离层受到电离层影响的问题,依据Chapman电离层模型得到电离层在雷达回波中的附加相位,给出从回波数据中提取电离层参数积分电子总量(total electron content,TEC)的方法。然后提出了2种基于雷达回波数据的估计及补偿回波信号中电离层影响的算法,即电离层TEC频域估计及影响补偿方法,以及1种利用最小熵方法对电离层参数TEC进行精估计的方法。其中频域的补偿方法通过平移相关法对回波相位进行估计,根据估计值补偿掉主要的电离层带来的超前相位,进而对补偿后的数据进行常规SAR成像处理,可以得到良好的聚焦结果;最小熵估计法对距离频域二次项的系数进行精估计,修正由频域估计得到的超前相位,得到了更好的补偿效果。为解决SAR成像中电离层对成像带来的影响提供了有效的校正方法。     

特征空间最小方差波束形成与相关系数特征值加权相融合的超声成像算法

为了进一步提高超声成像的质量,提出一种信号特征空间的最小方差波束形成与相关系数特征值加权相融合的超声成像算法。利用超声回波信号具有一定的相关性,而相关系数空间最大特征值可以反映回波信号相关性较强的性质,将该特征值作为自适应加权系数对信号特征空间最小方差波束形成(EIBMV)的结果进行加权成像,得到高质量的成像结果。通过对散射点目标和斑目标的Field II仿真,结果表明该算法相对于EIBMV算法,亮斑对比度提高了4.22 dB,暗斑对比度提高了1.88 dB,并且进一步提高了横向分辨率。     

双侧回波联合的合成孔径声呐运动补偿算法

利用单侧回波可估计合成孔径声呐基阵的斜距误差,但无法区分横荡误差和升沉误差。针对此问题,提出了一种双侧回波联合的运动补偿方法。该方法首先根据双侧基阵运动误差的几何关系,建立了双侧基阵的运动误差模型,再结合偏移相位中心算法估计基阵的横荡误差和升沉误差,最后利用所估计的运动误差对不同掠射角上的回波进行运动补偿。仿真结果表明:该方法能精确估计双侧基阵的运动误差,其估计值与实际值的偏差为10~(-4) m左右,估计结果的标准差接近克拉美罗下界;对回波进行运动补偿后,能获得比基于单侧回波运动补偿方法更好的成像效果。水下球串目标的湖试数据的成像结果显示,与基于单侧回波的运动补偿方法相比,所提方法能更好地抑制图像的散焦现象。     

一种适用于大测绘带合成孔径声呐的运动补偿方法

当合成孔径声呐测绘带较大时,运动误差的空变效应严重,经典的相位中心重叠算法难以适用。为此,提出了一种适用于大测绘带合成孔径声呐的运动补偿方法。首先使用混合调制的拉格朗日时延估计算法对前后两帧回波的时延进行估计,之后使用线性回归方法拟合出运动误差,最后利用运动误差的估计值对回波进行逐点精确补偿。仿真数据的结果表明,该算法能够获得比相位中心重叠算法更好的运动估计结果,运动补偿后成像分辨率接近理论分辨率。使用该算法分别对高、低频合成孔径声呐的湖试数据进行了处理,水下地貌和小目标的成像质量均有明显提高。     

旋转磁场井间随钻测距导向系统中微弱频变信号的检测方法

针对旋转磁场信号的微弱且频变的特点,提出并实现一种基于离散傅里叶变换(DFT)双谱峰的频率重构方法。在信号幅度谱主瓣内搜索两个谱峰的频率,以此重构信号频率的初值,运用牛顿迭代算法求解信号的真实频率,恢复信号幅度。通过计算机仿真和室外模拟对算法进行测试。结果表明:仿真结果优于基于DFT的单谱峰方法,模拟试验结果符合磁场信号随距离变化的规律,验证了所提方法的有效性和准确性;该方法能够准确锁定变化的磁场频率,滤除其他频率的杂波和噪声,精确提取出微弱的磁场幅度。     

多天线超宽带穿墙雷达人体微动检测方法

针对隐藏人体目标出现在偏离雷达视角的其它不同的位置或在检测过程中存在身体的偏移等情况使得回波非常微弱甚至没有,导致检测失效的问题。为此,在多发多收(MIMO)雷达体制的基础上提出一种多通道雷达检测方法,将天线放置在合理的位置,以确保人体回波信号能够被检测到。通过对每一通道回波信号预处理,并将所有通道的预处理结果进行小波图像融合和恒虚警(CFAR)处理实现隐藏人体目标的准确检测与定位,这样不仅提高回波信号的信噪比,还增加了雷达探测视角和距离。实验结果表明,该方法能够有效提高人体呼吸微动频率和位置的检测精度,优于传统的单站雷达检测方法。     

基于稀疏约束最优化的步进频雷达成像技术

步进频雷达发射窄带脉冲,利用多个脉冲合成宽带成像,对发射、接收分系统和信号处理平台的要求相对较低,是获得目标高分辨距离像的一种有效技术手段.针对步进频雷达成像技术在工程应用中存在伪峰、假目标等问题,提出了一种基于稀疏约束最优化的步进频雷达成像技术.将步进频雷达成像处理等效为两个顺序实施的线性反问题,在反问题的最优化求解...     

利用正弦调频信号的宽带速度敏感特性抑制混响

有源声呐探测水中低速目标时,混响与目标回波的频率接近,目标回波与混响分离困难。根据运动目标与产生混响的散射体在速度域的差异,利用正弦调频信号(SFM)的速度敏感特性实现目标回波与混响的有效分离。推导了 SFM信号宽带混响抑制能力与速度分辨模糊之间的约束关系,建立了波形优化设计的搜索模型。通过多普勒滤波处理将数据从频率域统一转换至速度域,设定合适的速度门限,去除静止的混响成分。通过仿真分析了 SFM信号的混响抑制能力、调制指数和带宽的关系,在设定的速度范围内平均混响抑制能力较连续波(CW)信号可提高7.5 dB。动目标试验数据的处理结果表明了该方法能够抑制混响中强杂波造成的虚警,通过速度差异性可有效提高对动目标的检测能力。     

脉冲压缩与互相关联合的合成孔径声呐回波时延补偿

针对合成孔径声呐中阵元相位不一致导致互相关时延补偿算法对成像质量提升效果有限的问题,提出了一种脉冲压缩与互相关联合的回波时延补偿算法.该算法利用脉冲压缩回波的互相关对原始回波相位畸变进行校正,实现粗补偿;联合脉冲压缩与偏移相位中心算法实现精细时延补偿,对不同合成孔径位置各阵元回波时延差实现了较为准确的估计,增强了成像效果。试验数据经该算法处理后,回波时延得到较为精确的补偿,地貌成像结果的亮度、对比度等统计特性得到不同程度的提高,且纹理细节增多;典型线缆目标的成像聚焦加深,成像长度误差约由5%减小为0.8%。试验结果显示,该算法对互相关时延补偿方法改进效果明显,验证了算法的可行性、有效性。     

采用条件波数谱密度函数的宽带高分辨方位谱估计算法

针对宽带高分辨方位估计存在方位估计偏差大、算法复杂度高等问题,提出了一种基于条件波数谱密度(Conditional Wavenumber Spectral Density based,CWSD-based)的宽带高分辨方位谱估计算法.该算法利用条件波数谱密度将阵列信号转换到频率-波数空间,宽带信号能量在该空间的坐标呈现与入射角相关的线性分布,通过借鉴直线检测原理,实现邻近目标的高分辨方位估计,且无需预估角度和信源数等信息。仿真结果表明,该算法理论分辨率与处理最高频率成反比,估计均方误差约为0.1°,对阵形畸变鲁棒,运算效率高。海上试验数据表明,本文方法在方位分辨率、弱目标检测、非目标向噪声抑制、稳健性等方面都优于宽带常规波束形成和最小方差无畸变算法,在实际海洋中可实现超低旁瓣高分辨波达方向估计。