宽测绘带MIMO-SAR 运动目标回波特性分析

通过对多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的虚拟空间采样进行等效观测通道重构,可实现宽测绘带内的多通道合成孔径成像与地面运动目标显示(SAR/GMTI)处理。在建立宽测绘带MIMO-SAR 运动目标观测模型的基础上,分析了该模式下MIMO-SAR 运动目标回波与传统SAR 系统运动目标回波的区别。并利用成对回波原理建立了目标回波的等效微动模型,提出了空间通道重构模式下MIMO-SAR 运动目标的等效微动效应,并讨论了运动目标回波的时频谱线数目。最后,数值仿真验证了文中结论的正确性。     

基于多输入多输出合成孔径雷达的二维混合基线抗欺骗干扰方法

针对距离延时和方位多普勒频率调制两类合成孔径雷达(SAR)欺骗干扰问题,该文提出一种基于多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)的2维混合基线抗欺骗干扰方法。该方法采用基于MIMO-SAR的相位编码方案,使得多通道信号正交,利用多维相位信息识别欺骗干扰,通过相位补偿抑制干扰目标,从而提升雷达抗欺骗干扰能力。该文采用雷达抗干扰改善因子进行定量效果评估,在平台空间受限的条件下,该文方法比传统单发多收系统的雷达抗干扰改善因子提升3倍。仿真实验结果证明了该方法的有效性与正确性。      

基于多快拍图像联合的MIMO雷达三维成像方法

为了提高多输入多输出(MIMO)雷达三维成像沿运动方向的方位分辨率,该文从多快拍图像联合利用的角度入手,提出一种新的多输入多输出-逆合成孔径雷达(MIMO-ISAR)三维成像方法。其基本思路是通过对一段时间观测下二维平面阵列获取的多个单快拍三维图像进行相干处理,沿着散射点线性拟合的方向提取峰值并重构出新的三维图像。仿真实验结果表明,与单快拍三维成像方法相比,该方法可以显著提高成像结果沿运动方向的方位分辨率;与现有基于重排和插值的经典MIMO-ISAR方法相比,该方法对慢速和快速运动目标均适用,得到的成像结果聚焦良好并能够有效抑制沿运动方向的旁瓣。      

MIMO-SAR成像技术发展机遇与挑战

从军事应用及民用领域对合成孔径雷达(SAR)的新需求出发,分析了传统的SAR应对新需求所面临的技术困境;介绍了新体制多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)系统的技术优势和可能应用,以及在实际应用中可能面临的技术瓶颈。最后,重点介绍了同频码分MIMO-SAR技术瓶颈的主要解决方法。     

非均匀MIMO-SAR体制基于衰减补偿的快速成像算法

提出了一种非均匀多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)体制下基于衰减补偿的毫米波快速成像算法.在图像重构过程中,该算法通过考虑信号沿空间路径的传播衰减,保留了回波模型中的幅度因子,并对回波中包含不均匀阵列位置信息的幅度项和相位项采用菲涅尔近似,进而将目标图像重构分解为两个子图像的求解问题,最后通过快速傅里叶变换(...     

MIMO-SAR等效相位中心误差分析与补偿

 受等效相位中心误差的影响,多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)方位成像结果存在"假峰"而导致成像质量下降.基于MIMO-SAR回波模型,本文推导了等效相位中心误差的解析表达式,并定量研究其对方位成像质量的影响.分析指出周期性的二阶相位误差是等效相位中心误差的决定因素,补偿该项误差能有效克服"假峰"的影响.理论分析和数值试验验证了本文分析和补偿方法的有效性.     

机载同时同频MIMO-SAR系统研究概述

针对传统合成孔径雷达(SAR)体制带来的模式单一、核心指标已接近极限等瓶颈问题,近年来提出了一种新体制多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)。该雷达系统通过更多的收发阵元获得更为丰富的系统自由度,并以此突破传统SAR体制限制,实现高分辨率宽测绘带跨越发展和多模式协同。该文深度剖析了MIMO-SAR概念内涵与技术特点,概括了国内外研究现状与技术发展趋势,总结归纳了国际首部同时同频MIMO-SAR研制经验与飞行试验结果,并展望分析了MIMO SAR应用前景,以期为我国未来SAR技术奠定基础。      

MIMO-SAR技术发展概况及应用浅析

多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)是近年来提出并备受关注的一种新型雷达成像模式,通过多天线同时发射、多天线同时接收的工作方式能够获得远多于实际天线数目的等效观测通道,为解决常规SAR面临的方位向高分辨率与宽测绘带指标相互矛盾、弱小慢速运动目标难以检测等难题提供了更为有效的技术途径。该文围绕MIMO-SAR成像技术及其应用展开论述,从距离分辨率增强、3维下视成像、高分辨率宽测绘带成像以及动目标检测等方面综述了MIMO-SAR的研究状况,分析了系统的体制优势和不足,进而归纳了MIMO-SAR研究中的若干关键技术问题,最后对其应用前景进行了展望。     

一种基于波束空间的单次快拍MUSIC算法

针对MUSIC算法在工程应用中存在的计算量大、快拍需求数多等问题,详细研究了一种单次快拍MUSIC算法。针对这种算法存在的分辨力差、估计偏差大等缺陷,提出了一种新的基于波束空间的单次快拍MUSIC算法,该方法首先利用单次快拍来估计阵列数据的协方差矩阵,再将常规波束形成方法和MUSIC超分辨方法相结合,实现对空间谱的估计。仿真结果表明,这种新方法提高了分辨力,降低了估计偏差,进一步减少了运算量。     

基于多视角快拍InSAR干涉技术的前视SAR三维成像

该文提出了一种基于多视角快拍InSAR干涉技术的前视SAR 3维成像方法。方位维依靠安置实际线性阵列以实现方位维高分辨,对应雷达发射的一次脉冲实现一次快拍2维高分辨成像;利用多次快拍不同视角获得的干涉相干相位,通过多基线InSAR联合像素处理方法,估计场景的高程信息。该文的3维成像方法对应回波数据录取时间短,数据量和运算量比较小;同时,多基线InSAR联合像素处理方法利用信号空间与噪声空间的正交性,能够有效提高信噪比,保证较高的测高精度。仿真结果验证了该文分析的正确性和算法的有效性。     

天线阵列编码合成孔径成像

合成孔径雷达(SAR)方位理论分辨率为天线长度的二分之一,使得SAR高分辨率、远距离成像对天线的要求相互矛盾。该文提出了对天线阵列编码的合成孔径成像方法,通过将长天线分解为子阵、发射不同的信号进行阵列编码、协同工作,提高空间能量利用率,实现子阵小天线的高分辨率以及全阵列长天线的高增益,从而解决了高分辨率与远距离成像难以同时兼顾的问题。在介绍阵列编码基本概念的基础上,给出了阵列编码雷达成像模型及处理流程,对系统的分辨率、信噪比、脉冲重复频率(PRF)及距离方位模糊等性能进行了理论分析与探讨。在飞行测试实验中,用4个子阵获取了方位分辨率优于0.1 m、幅宽超过8 km的连续条带图像,打破了传统SAR采用聚束模式实现高分辨率时只能小范围成像的制约,新方法为解决传统SAR的原理限制问题提供了有效的途径。同时,通过阵列编码扩展了信号维度,为雷达系统能力的增强提供了技术基础。理论分析及实验结果验证了该文天线阵列编码方法的显著优势及工程实现的可行性。     

超高分辨大测绘带星载MIMO-SAR成像

星载多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)可以解决方位向高分辨和大测绘带之间的矛盾.为了在扩大测绘带宽度的基础上进一步实现距离向超高分辨,首先选用正交频分线性调频信号( OFD-LFM)作为发射信号形式,对MIMO-SAR的发射体制进行了初步设计;然后针对大带宽、宽测绘带对成像算法的限制,选用精确度高的距离徙动算法(RMA)对回波数据进行处理,给出了结合空频域带宽合成的RMA成像流程,相比时域带宽合成方法,在确保成像精确性的同时,文中的成像流程计算步骤更少,运算量更低,大大提高了计算效率.     

非理想正交波形下分布式ISAR运动目标二维成像方法

分布式ISAR成像中若发射波形非理想正交,传统的匹配滤波方法难以得到理想的距离像,进而会影响方位成像效果。基于稀疏的方法可代替匹配滤波进行距离像分离。该文在给出单次快拍时距离像稀疏表示模型后,通过调整收发阵元的时延,可以使多接收阵元的距离像具备联合块稀疏特性。随后采用1阶负指数函数(SOONE)实现多观测向量联合块稀疏算法(MMV-JBlock)提升稀疏重构的效果。多次快拍时,在每个快拍时刻采取MMV-JBlock方法分离距离像。在对齐多通道距离像后,对方位相位中非关心方向运动和误差项进行补偿,最后也采用稀疏方法得到目标的方位像。仿真验证了在不同稀疏度和不同信噪比下所提算法的重构性能,并仿真实现了分布式ISAR对运动目标的成像,验证了所提方法的有效性。     

阵元失效下基于Khatri-Rao积的高分辨测向方法

在雷达、声呐、深空通信等实际应用中,阵元的失效会造成检测性能下降,虚警率增加;在目标方位估计中,阵元失效会造成采样协方差矩阵的秩亏问题,使得基于子空间类的传统目标方位估计方法失效。针对存在阵元失效的均匀线列阵的目标方位估计问题,提出了一种基于Khatri-Rao(KR)积处理的阵列自由度恢复方法以及Toeplitz矩阵数据重构的高分辨DOA估计方法。首先对有损伤的阵列采样协方差矩阵进行KR积处理,将产生的冗余项进行平均处理, 处理后的阵列模型将重构阵列自由度,并将阵列孔径扩展为之前的2倍。该阵列模型等效为一确定噪声下的单快拍的相干源估计, 采用基于Toeplitz矩阵数据重构的方法来去相干,重构协方差,最后采用MUSIC方法进行方位估计。数值仿真表明该方法能有效解决均匀线列阵阵元失效下的自由度损失问题,提高阵列的目标方位估计性能,而且具有计算量小的优点。     

特殊形状的平面开槽天线设计

受导引头弹径体积的限制,采用椭圆形式的波导裂缝阵列天线作为合成孔径雷达(SAR)天线,用等效变换的方法将椭圆形平面阵列转换为圆形平面阵列,使天线的方向图在两个主平面上都具有较高分辨率,运用多区馈电和参差调谐的方法展宽频带,设计出的天线在方位向具有高的分辨率,达到了合成孔径天线分辨率高、副瓣低、频带宽的工作要求,可作为合成孔径雷达天线使用.     

互耦效应下用单快拍数据实现相干信源完全解相干和解耦合

阵元间存在互耦时,会对阵列流型产生扰动,同时当空间来波存在相干信源时,协方差矩阵会产生秩亏,这两类问题都会使子空间类估计算法性能急剧下降甚至失效。针对互耦效应下的解相干问题,该文提出了一种仅利用阵列单快拍即可实现完全解相干和解互耦算法互耦效应下的修正单次快拍算法(MC-ENDTOP)。该方法将原单快拍算法应用背景推广至任意形式来波信号,利用一次快拍构造等效接收数据协方差矩阵,通过数据分解,将互耦系数从阵列流型矩阵中剥离,从而实现了完全解互耦,并将其归入分解后的等效信号协方差矩阵中,由于等效信号协方差矩阵为对角阵,且对角元素与信号相关性无关,因此进一步实现了完全解相干。仿真验证了该文算法能够抑制互耦影响,估计性能和无互耦时相当,且适用于实时性要求高的场合。     

阵列激光合成孔径雷达高分辨成像技术研究

激光合成孔径雷达将合成孔径技术应用于激光频段,分辨率不受观测距离的限制,可实现远距离、超高分辨率成像。然而,受激光衍射极限限制,观测视场制约着激光合成孔径雷达对地观测实际应用。该文提出一种阵列激光合成孔径雷达技术体制,通过大功率阵列发射、阵列平衡探测接收、逐脉冲动态内定标实现了激光多路相干收发,成倍地扩大了成像视场。地面转台成像试验表明,成像分辨率优于3 cm(距离)×1 cm(方位),该项技术可为激光合成孔径雷达对地观测应用奠定基础。      

稀疏MIMO雷达实孔径三维成像技术

针对任意的多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)稀疏阵列提出了MIMO单快拍成像模式和相控阵多帧联合成像模式两种三维成像方法,并对两种模式下角度分辨率及信噪比(signal noise ratio, SNR) 进行了对比. MIMO单快拍成像模式角度分辨率等价于收发联合等效阵列;相控阵多帧联合成像模式的方向图等于发射方向图与接收方向图的乘积,同样也能获得收发联合等效阵列的角度分辨率;相控阵多帧联合成像模式与MIMO单快拍成像模式的SNR的比值为发射阵列数量. 讨论了稀疏阵列与均匀满阵之间的区别与联系,稀疏阵列的波束方向图等价于均匀满阵的二维加窗快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT),加窗使稀疏阵列方向图展宽. MIMO单块拍成像模式适用于对实时性要求高的应用场景,相控阵多帧联合成像模式适用于对SNR要求高的应用场景.     

MIMO雷达信号模型

介绍了为改善雷达性能的一种新概念雷达模型,即多输入多输出(MIMO)雷达,他利用了目标雷达截面积(RCS)在方位上的闪烁。描述了多功能数字阵列雷达如何在常规和MIMO模式下工作的情况。用数字阵列实现强聚焦发射波束(如用于跟踪)和宽的发射照射波束(如用于搜索)。最后试验验证了全景MIMO阵列的优势性能,并给出了MIMO雷达的发展前景。     

基于非均匀采样的空间谱估计

文中引入非均匀采样对阵列通道进行建模,提出一种基于阵列非均匀采样的DOA估计方法.该方法利用非均匀采样的时间间隔随机性,每一次快拍都等效于随机改变空间阵元的间隔,相当于基于虚拟阵列变换得到一个时变的自适应的虚拟非均匀阵列结构.基于阵列非均匀采样的空间谱估计能突破空域采样定理的限制,使用较大的阵元间距检测出来波方向,克服了均匀采样条件下阵元间距增大引起的角度模糊现象,而且增大的阵元间距也提高了空间谱估计的分辨率和精度.进一步的实验表明该方法的有效性并改善了小信噪比条件I)OA估计精度.