Clutter suppression and ground moving target imaging approach for hypersonic vehicle borne multichannel radar based on two-step focusing method

In this paper, a novel clutter suppression and ground moving target imaging approach is proposed for hypersonic vehicle (HSV) borne multichannel (MC) synthetic aperture radar (SAR) system. Compared with the traditional MC SAR ground moving target indication (GMTI) methods, the proposed algorithm can suppress clutter and decrease the moving target energy loss based on the improved MC clutter suppression method in the chirp Fourier transform (CFT) domain. Moreover, the moving target can be accurately focused by compensating the range curvature and the third order phase item. In addition, the motion parameters can be estimated precisely and the moving target can be focused accurately. Finally, the effectiveness of the proposed method is validated by the simulation examples.     

复杂阵地的合成导向矢量最大似然测高

雷达在目标低仰角测高时存在严重的多径效应,复杂阵地使多径回波产生无规律反射,造成幅度与相位发生不同程度的畸变.本文引入扰动多径模型,解决经典多径模型与复杂阵地的多径回波反射不匹配问题,研究基于扰动模型的合成导向矢量最大似然(synthesized vector maximum likelihood, SVML)测高方法.该方法引入扰动参数表征复杂阵地的多径回波现象,利用基于稀疏贝叶斯学习的扰动多径(perturbational multipath sparse Bayesian learning,PSBL)算法得到扰动参数,应用于SVML算法,提高了米波雷达在复杂阵地下的测高性能.     

Radar multipath scattering from the composite model: Specular image modified model and ISAR imaging analysis

The theoretical implementation aspect of high‐frequency electromagnetic scattering prediction from the composite model is proposed in this work. First, the composite model is described and the multipath scattering prediction method (physical optics + equivalent edge currents + four‐path model) is formulated. Then, by introducing the concept of the specular image facet, a modification, named specular image modified four‐path model (SIMFPM), is developed to calculate the coupling scattering field between the electrically large three‐dimensional perfect electric conducting target and the dielectric rough surface. The proposed procedure makes preparation for the analysis of the multipath scattering effects on inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging in the final part. Numerical examples demonstrate the accuracy of the SIMFPM and present the multipath effects on the ISAR image.     

基于拟牛顿法和块稀疏重建的TWR成像算法

多径效应环境中边墙位置的不确定性给穿墙雷达系统的目标定位和高分辨率成像的要求带来很大的挑战。针对上述问题,在对穿墙雷达多径回波信号进行合理建模的基础上,提出一种基于拟牛顿法和块稀疏重建的成像算法。所提成像算法在精确重建边墙位置的基础上具有成像目标定位准确,无虚假目标的优点,数值仿真实验结果验证了所提成像算法的有效性和正确性。     

Clutter suppression and moving target imaging approach for multichannel hypersonic vehicle borne radar

In this paper, a clutter suppression and ground moving target imaging algorithm is proposed for the hypersonic vehicle (HSV) borne multichannel synthetic aperture radar (SAR) system. Different from the traditional horizontal flight radar platforms, the HSV-borne radar platform is with a complex movement, and typically has a skipping trajectory. Therefore, the clutter suppression and imaging operations are difficult to implement. To deal with this problem, a descending stage signal model of multichannel SAR system is presented and studied for the HSV-borne radar. Then, the clutter and moving target echoes are transformed into the azimuth frequency domain. Considering that there exists a phase difference between clutter and the moving target, the clutter suppression approach is implemented with a series of spatial domain filters. After that, the moving target is focused based on the keystone transform. In addition, the performance analyses and related issues of the proposed method are presented. Finally, some simulation experiments are taken to validate the effectiveness of the proposed method.     

基于距离徙动轨迹的空间目标ISAR联合运动补偿算法

针对空间高速运动目标的运动特征,分析目标距离徙动轨迹（Range migration trajectory,RMT）与等效运动模型,提出了一种基于距离徙动轨迹的联合运动补偿算法。该算法依据距离像全局熵值最小化原则,从RMT中估计出目标的平动参数,根据平动参数分别补偿距离像偏移并校正一维距离像畸变,从而实现对空间目标回波的距离对齐和脉内走动的联合平动补偿。仿真和实测数据处理结果表明该算法准确性较高,更重要的是,距离对齐步骤不会引入随机偏移误差和相位误差,这也是应用高分辨成像方法的前提条件。     

基于切比雪夫多项式的双基地前视SAR成像算法

双基地前视合成孔径雷达(SAR)的特殊构型使其距离历程具有双根号和大斜视的特点,给回波信号的成像处理带来困难,也对成像算法的精度提出更高要求,为此提出一种基于切比雪夫多项式的双基地前视SAR RD成像算法.首先,建立双基地前视SAR的几何模型与回波信号模型,指出收发分离构型对二维频谱公式推导过程中驻定相位点求解的影响;然后,引入切比雪夫多项式展开代替传统成像算法中的泰勒级数展开,在此基础上进行双基地前视SAR斜距等效模型和二维频谱模型的推导;最后,通过分析确定双基地前视SAR RD成像算法的相位匹配函数,给出成像算法的完整流程.仿真结果表明,所提出算法可极大减小双基地前视SAR的斜距等效误差与频谱展开误差,有效提高成像算法的聚焦深度和成像质量.     

基于贝叶斯背景模型的免携带设备目标定位算法

免携带设备目标定位不需要目标携带任何电子设备或标签来对人或其他物体进行定位。针对现有射频层析成像算法在多径环境中定位精度不理想的问题,提出了一种基于贝叶斯背景模型的定位算法。该算法首先将斜拉普拉斯分布和贝叶斯理论相结合来建立贝叶斯背景模型,用于排除冗余链路;然后对接收信号强度的变化值进行加权处理,从而减小多径效应对目标定位的干扰;最后引入目标位置的后验估计均值对目标位置进行修正,提高定位精度。实验结果表明,该定位算法具有可行性和有效性。     

Waveform design and high-resolution imaging of cognitive radar based on compressive sensing

We introduce the compressive sensing(CS) theory for waveform design of cognitive radar,and then propose an algorithm for the high-resolution radar signal waveform and its corresponding imaging method based on the sparse orthogonal frequency division multiplexing-linear frequency modulation(OFDM-LFM) signal.We first present the principle of spectrum synthesis and high-resolution imaging based on OFDM-LFM signals.Then,we propose the spectrum-sparse waveform design criterion and the reconstruction algorithm for a highresolution range profile(HRRP) based on CS.Based on this,we analyze in detail the relationship between the scattering characteristics of the target and the parameters of the designed signal,and we construct the feedback of the target characteristics on the waveforms.Therefore,the "cognitive" function of radar can be achieved by adaptively adjusting the waveform with the target characteristics.Simulations are given to validate the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于自适应脉冲间隔的火控雷达目标跟踪技术

为了能在提高雷达生存能力的同时,保持雷达的跟踪能力,提出一种基于自适应脉冲间隔的目标跟踪技术。给出火控雷达的信号模型及其改进的时域信号,分析基于匀加速运动模型的扩展卡尔曼滤波算法,研究脉冲间隔的自适应变化规律及信号的截获概率。仿真结果表明,该技术能准确跟踪目标,延长信号截获时间,从而降低侦察系统对火控雷达的截获概率。     

基于数据优先级的雷达目标跟踪偏差补偿方法

传统雷达目标跟踪偏差补偿方法雷达跟踪目标偏差补偿的精准程度较低,导致研究成果可靠性及稳定性较差。为了解决上述问题,基于数据优先级提出一种雷达目标跟踪偏差补偿方法,利用雷达极化测量目标信号,并建立三维空间坐标,引导操作数据,通过对相位控制偏差的校准操作实现对数据目标的精准测量,提升系统检验的准确性,根据数据优先级原则,对极化脉冲进行角度测量,选取适宜测量方案,设置雷达目标方向图,进行雷达目标超分辨成像,加强实验研究力度,综合考虑优化信息与操作条件,实现对雷达目标跟踪偏差补偿方法的研究。实验结果表明,基于数据优先级的雷达目标跟踪偏差补偿方法具备较高的雷达跟踪目标偏差补偿的精准程度,研究可靠性较高,稳定性有了显著提升。     

角闪烁噪声测量条件下的剩余飞行时间估计

针对雷达导引头角闪烁噪声测量条件下的机动目标,研究剩余飞行时间计算方法;建立了闪烁噪声计算模型;在粒子滤波算法和扩展卡尔曼滤波算法的基础上,推导了扩展卡尔曼粒子滤波算法的实现过程;根据估计结果建立了剩余飞行时间计算模型,在剩余飞行时间表达式中考虑了目标机动加速度的影响;仿真结果表明,基于机动目标当前统计模型的扩展卡尔曼粒子滤波算法对闪烁噪声测量条件下的机动目标具有良好的跟踪性能,对剩余飞行时间具有较高的估计精度。     

基于最大变差范数准则的ISAR自聚焦方法

为消除目标平动引起的初相误差,必须进行自聚焦以避免ISAR图像模糊.在分析ISAR回波信号模型的基础上,本文构造了高阶多项式相位信号的初相补偿函数.已有文献多ISAR图像聚焦程度为准则,对该多项式相位信号的参数进行优化.本文利用最大全变差范数作为ISAR方位向成像的聚焦评价准则,该指标值在平动参数空间中的分布具有局部极值点少的优点,利于最优确定初相补偿函数的参数,并采用协同粒子群优化算法加速参数的寻优速度和精度.仿真实验证明了本文方法的可行性和正确性.     

基于IR-UWB雷达的多视角融合动态目标追踪

近年来,对运动目标的定位和追踪被广泛地应用于室内导航、智能家居、安防监控和智慧医疗等场景.基于无线射频信号的非接触式定位追踪受到了研究人员的广泛关注,其中基于商用IR-UWB的技术能够以较低的成本和功耗实现目标定位和追踪的功能,具有较强的发展潜力.然而,现有工作大多存在以下问题:1)追踪场景受限,只针对理想情况下室外或者相对空旷的室内场景进行建模和处理; 2)目标的运动状态受限且建模过于理想; 3)虚假动态目标引起的追踪精度不足.为了解决这些问题,在理解多径场景下接收信号谱组成的基础上,提出一个基于IR-UWB的动态目标追踪方法.首先提取原始信号谱中动态成分,并利用基于高斯模糊的多径消除和距离提取算法,消除了多径干扰,仅保留与运动目标直接相关的一次反射信息,从而准确地获取了目标的距离变化曲线.随后,提出多视角融合算法,将不同视角上的设备距离信息进行融合,实现对自由活动目标的准确定位和追踪.此外,还搭建一个基于低成本商用IR-UWB雷达的实时动态目标追踪系统.真实室内家居场景中的实验结果表明,系统估计的人体中心的位置与真实运动轨迹的误差始终小于20 cm.在改变实验环境、实验者、活动速度...     

Low-angle tracking radars and non-linear time-delay estimation

A new approach, based on non-linear time-delay estimation, is described for estimating the elevation angle in the combined presence of specular multipath and receiver noise—a situation that is encountered in the low-angle tracking radar environment. Estimation of the elevation angle is accomplished using the time delay between the signals impinging on the antenna array elements. Thus, the accuracy in the elevation angle estimation is dependent on the accuracy of the time-delay estimation algorithm. The formulation of the problem enables one to find the desired estimates independently of the reflection coefficient, which is a significant result. In the proposed approach, a newly derived non-linear filter due to the author (1986) is used. The filter structure is estimated using the Pontryagin minimum principle and the method of invariant imbedding, and is used to find an estimate for the delayed and undelayed signal. Subsequently, the time delay and the elevation angle are estimated.     

基于CSI信号的被动式室内指纹定位算法研究

基于信道状态信息(CSI)的定位技术在室内场景应用中被广泛关注,为了提高WiFi信号多径效应对接收信号强度指示的室内定位精度和稳定性,提出一种基于CSI信号的被动式室内指纹定位算法。该算法在离线阶段将定位场所划分为同等大小的区域块,在各连接点位置使用方差补偿的自适应卡尔曼滤波（Kalman）算法对原始数据进行滤波。再对滤波后的数据使用二分K均值聚类（K-means）算法进行分类,将处理得到的CSI幅值和相位信息共同作为指纹;在线阶段根据待测点采集的实时数据与指纹库进行匹配识别,被定位对象无需携带任何设备。仿真实验与实地实验表明,该算法利用信道状态信息中的子载波特征进行定位,能够有效减轻信号接收端的多径衰减影响,定位精度有明显提高。      

基于多核DSP的高分辨距离像运动补偿算法实现

弹载毫米波步进频率雷达能 够得到目标具有较高距离分辨率的一维距离像,但当运动目标相对雷达具有径向速度时,会 使 回波信号产生严重的偏移与畸变,故必须进行运动速度补偿。本文首先分析了步进频率雷达 高分辨距离像成像原理与目标运动速度对成像的影响,然后论述了一种基于正负调频法与最 大脉组求和法的二次速度估计算法,并在TMS320C6678多核DSP平台上提出了该算法的一种并 行实现方案,同时描述了该实现方案的任务分配、调度与核间通信过程。最后在多核DSP平 台上对1 000帧回波信号做算法测试。测试结果表明,基于多核DSP的运动补偿算法具有较高 的精度和良好的实时性。     

基于改进粒子滤波的井下跟踪算法研究与实现

井下环境复杂多变,射频信号易受到阴影效应、多径衰落等因素的影响。采用传统的粒子滤波跟踪方法误差较大,研究了一种基于改进粒子滤波的井下跟踪算法。初始化阶段利用第一次指纹匹配算法的定位结果来设计初始化概率分布函数;采用核函数法与指纹匹配技术相结合的算法,在采样数据中搜索与目标节点指纹特征相匹配的位置并加权得到位置坐标作为跟踪中的观测值;最后利用粒子滤波将观测值与目标运动状态相融合以跟踪目标运动轨迹。实验结果表明,粒子滤波算法较优化卡尔曼滤波算法更适用于井下跟踪;改进的算法有效增强了跟踪系统的可靠性,提高了跟踪精度,满足了井下的跟踪要求。     

基于MUSIC谱估计的探地雷达回波处理方法

为了克服现有信号处理算法对探地雷达噪声及杂波滤除的不足,提出了一种基于MUSIC谱估计时域与频域联合滤波方法。利用常用的去直流波和均值滤波抑制方法进行雷达信号预处理,在此基础上,引入谱分析中信号子空间与噪声子空间的概念,将MUSIC算法与最小二乘法相结合来进行探地雷达杂波及噪声处理。仿真及实验结果表明,提出的回波处理方法可以有效地抑制雷达信号中的噪声和杂波,能提高测量数据的精度,具有较高的实用性和可用性。     

基于GLONASS的双基合成孔径雷达的预处理算法研究

本文提出了一种基于GLONASS的双基合成孔径雷达(GLONASS based Bistatic Synthetic Aperture Radar, GLONASS-BSAR)的预处理算法。GLONASS-BSAR雷达系统采用俄罗斯导航卫星GLONASS作为发射机,接收机可以放置在任意平台,比如卫星、飞机、汽车或者地面。该系统有着低廉的成本、较好的安全性以及多视角等技术优势,应用前景广阔。然而,由于该系统属于非合作式双基地雷达系统,发射机与接收机时间、频率以及相位上不同步,对雷达处理引入了严重的技术限制。才外,该雷达系统的发射机卫星属于中高轨道卫星,因此接收信号信噪比极低,大大增加了后续信号处理的难度。因此,本文拟研究GLONASS-BSAR的预处理算法,获取该雷达系统的同步。该预处理算法通过对接收到的信号进行时间延时、频率、相位历史信息提取,能够消除双基合成孔径雷达系统带来的时间不同步以及相位不同步。实验结果表明,该预处理算法能够消除接收信号的时间不同步和相位不同步,同时运算复杂度低。