反雷达伪装成像检测系统二维超分辨实现

设计和完成了一套微波成像系统.根据反雷达伪装微波成像的应用需求,系统采用阶跃调频连续波体制和合成孔径技术,可实现对外场全尺寸伪装目标的高分辨二维成像.传统FFT成像方法计算过程比较简单,但分辨率低,图像相对比较粗糙,对50米远处目标的二维分辨率仅能达到0.5m×0.5m.非线性空间谱估计(DOA)即超分辨技术可大大改善在系统带宽内处理空间信号的估计精度和分辨率.随着该技术的日益完善,近年来被广泛应用于雷达成像领域,用来提高距离和方位分辨率.2D-RELAX算法是较易实现的一种精度高、鲁棒性好的超分辨算法.通过对某型伪装示假目标的成像结果表明,在同样的硬件条件下,其对分辨率确有较大改善,可以达到0.25m×0.25m,接近系统分辨率的理论最小值,图像也较精确.     

基于矩阵束算法的多雷达信号融合超分辨成像

利用多雷达回波信号对目标进行融合成像可以有效提高分辨率.本文实现了一种多雷达融合联合超分辨成像算法,该方法基于单雷达观测数据指数和模型,建立了联合的多雷达观测数据模型,并将雷达二维成像的矩阵束算法引入到多雷达观测融合成像中,利用多雷达观测数据估计散射中心的参数,有效提高了分辨率.仿真实验表明,该算法有效提高了雷达成像的分辨性能,有利于后续的目标检测与识别.     

基于压缩感知的二维联合超分辨ISAR成像算法

在ISAR成像中,距离和方位分辨率分别受发射信号带宽和成像积累角的限制。基于压缩感知(CS)理论,该文提出了一种2维联合超分辨ISAR成像算法。首先建立ISAR观测信号模型并构造2维超分辨字典,然后利用ISAR图像的稀疏先验信息将2维联合超分辨成像建模为最小l1范数的优化问题,最后提出一种快速算法求解该优化问题。该方法进行距离维和方位维的联合处理,有效利用了回波数据的2维耦合信息;通过共轭梯度(CG)运算,快速傅里叶变换(FFT),Hadamard乘积等操作,有效提高了算法的实现效率。仿真和实测实验验证了该算法的有效性。     

基于AR-CAPON联合谱估计的超分辨ISAR成像算法

CAPON算法的谱分辨率与所构造的滤波器长度成反比,但由于涉及样本自相关矩阵估计及其求逆运算,滤波器长度往往必须小于数据长度的一半,极大地限制了谱分辨率的提高.文中通过对实测ISAR回波数据建立AR模型,并利用Burg算法求解AR模型进行数据外推,提高CAPON滤波器的长度上限,再利用CAPON算法进行超分辨ISAR成像.实测数据的仿真表明,与传统的FFT和CAPON算法相比,基于AR和CAPON的联合超分辨算法可以获得更高分辨率的ISAR像.     

自旋目标高效参数化超分辨成像研究北大核心CSCD

给出一种自旋目标高效参数化超分辨成像方法,该方法不仅能对高速自旋目标超高分辨二维成像,而且该算法得到的二维图像分辨率高、旁瓣低,运算量仅为原来的1/4。首先,通过对宽带回波去冗余信息处理来大大减少运算量;其次,基于Burg谱估计算法对每个去冗余的宽带回波进行频谱外推,从而提高分辨能力;再次,对自旋目标运动参数进行估计;最后,利用基于反投影成像技术对高速旋转目标稳健二维成像,理论仿真和实测数据都验证了其成像效果和运算效率。     

基于联合聚焦/超分辨模型和M-H算法的雷达图像重建

针对雷达目标图像,基于散射/成像模型,利用Metropolis-Hastings(M-H)迭代算法,给出了一种数字M-H贝叶斯联合聚焦/超分辨重建方法,通过产生一系列描述目标散射截面(RCS)和散焦参数概率分布特征的样本,从而获得目标RCS元和散焦参数的最佳估计,最终实现低分辨率图像的超分辨率重建.以合成与实测图像数据...     

低信噪比下二维联合快速超分辨B-ISAR成像方法

双基地ISAR成像分辨率受限于信号带宽和方位积累时间,且成像质量受噪声影响严重.本文在充分考虑回波的二维联合稀疏特征基础上,提出二维联合字典下的矩阵复数近似消息传递超分辨快速成像算法.在构建双基地ISAR的二维联合超分辨成像模型基础上,首先通过向量化处理,将二维超分辨成像问题转换为复数基追踪去噪问题;其次通过两种策略实现复数基追踪去噪问题的快速求解,一是利用向量化与Kronecker积的关系,推导出矩阵形式复数近似消息传递算法,从而避免向量化处理带来的大矩阵运算量和大存储量问题;二是为进一步减少单次迭代的运算量,将矩阵乘法等效为二维快速傅里叶变换.最后,利用本文算法在迭代过程中对噪声阈值不断精确逼近,提高算法在低信噪比下的成像能力.仿真数据成像结果验证了本文算法的有效性.     

雷达成像近似二维模型及其超分辨算法

现有的雷达成像超分辨算法是基于目标回波信号的二维正弦信号模型,所以模型误差,特别是距离走动误差,将使算法性能严重下降或失败。为此,本文采用距离走动误差下的一阶近似雷达成像二维信号模型,提出了一种基于非线性最小二乘准则的参数化超分辨算法。在算法中,距离走动误差补偿与目标参量估计联合进行,文中同时给出了算法估计性能的Ｃｒａｍｅｒ－Ｒａｏ界及仿真结果。     

用于线阵三维SAR成像的二维快速ESPRIT算法

线阵3维SAR系统可实现对地面场景的3维成像,是近年来研究的热点。但受载机平台和硬件条件的限制,其切航迹向和沿航迹向的分辨率难以提高。为了改善2维分辨率,该文提出了一种用于线阵3维SAR成像的2维快速ESPRIT算法,首先结合盖式圆方法和ESPRIT算法估计出点目标在切航迹向和沿航迹向位置,并通过该文改进的基于区域生长的2维位置配对方法替代最小二乘法快速求得目标散射系数,实现线阵2维SAR切航迹向和沿航迹向超分辨成像。该算法具有分辨精度高、运算速度快、实时性能好等优点。仿真实验证明了其有效性。      

场景自适应的红外焦平面成像系统灰度超分辨技术

针对目前红外焦平面成像系统在观察目标、特别是弱小目标时,灰度分辨率不足的问题,提出了一种基于场景特性自适应的成像灰度超分辨技术。详细介绍了通过自适应调节红外焦平面成像系统中信号采样范围来进行成像灰度超分辨的方法,包括3个方面的内容:从图像中提取场景有效灰度范围,获取超分辨调整依据;结合基于LMS的自适应滤波算法,对调节依据进行滤波预测后给出调节值;利用调节值分解设置超分辨电路参数,完成针对观察目标的灰度超分辨。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面系统中实验证明了场景自适应的成像灰度超分辨方法的可行性,并获得了很好的效果,灰度分辨率有很大提高,经过红外焦平面成像系统综合测试仪测试比较MRTD 值可以提高一倍以上。     

一种复杂运动目标的ISAR成像算法

在对复杂运动目标进行逆合成孔径雷达成像时,由于转动矢量随时间而变化,回波信号中会引入一个与散射点位置有关的相位误差,无法用通常的相位补偿方法进行校正,应用距离-多普勒算法获得的ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)像会变得模糊.本文分析了目标转动矢量变化使得ISAR像模糊的内在原因,给出了目标三维转动状态下的ISAR信号形式,并基于散射点信号的特点提出了一种复杂运动目标的ISAR成像算法.该算法不仅适用于转动矢量方向不变的非均匀转动目标,而且对于转动矢量方向缓慢变化的目标,算法仍然能够有效地提高ISAR成像的质量.仿真试验结果表明了该算法的有效性.     

一种高精度的ISAR转动补偿和方位定标方法

传统逆合成孔径雷达(ISAR)成像算法忽略了目标回波的高阶转动相位的影响,导致方位向聚焦效果较差,且无法直接从目标图像中获取目标尺寸信息。该文提出一种转动补偿和方位定标方法。该方法采用回波的全部方位信息,通过构造局部平均多普勒趋势(LADT)信号获取目标回波的多普勒变化趋势。进一步利用随机采样一致(RANSAC)算法估计多普勒调频率及目标有效转动速度,实现高精度转动补偿与方位定标。仿真与实测数据实验验证了该方法的有效性。     

基于GRECO的复杂目标ISAR图像仿真

提出一种与图形电磁计算方法相结合的1SAR图像实时仿真方法.利用图形电磁计算(GRECO)方法得到运动目标的电磁散射数据,通过发射线性调频信号得到运动目标的雷达回波,并对仿真回波进行ISAR成像处理.与传统采用点目标仿真不同,该文是对实际三维目标直接仿真成像,更加接近实际,更加适合应用与成像效果分析、算法改进和抗干扰方面的研究.对于目标表面散射场的分析,是基于高频预估理论:采用物理光学(PO)法与物理绕射理论(PTD)来进行计算.从对复杂目标的仿真结果来看,该方法是准确有效且具有实时性的.     

短脉冲非相参雷达的逆合成孔径成像及其稀疏恢复成像技术

短脉冲非相参雷达(NCSP)的辐射源输出微波脉冲持续时间短,针对于高速运动目标而言,其脉冲持续时间内的目标运动可忽略不计,对回波信号不需进行专门的脉冲内运动补偿。为了利用短脉冲非相参雷达信号进行逆合成孔径雷达成像,该文应用补偿相参处理的方法,去除辐射信号包络时间不确定性和初始相位的不确定性影响,在常规方法进行包络对齐和初相补偿后可利用距离-多普勒(RD)方法进行逆合成孔径雷达成像,仿真验证了补偿后信号成像的可行性。然而,短脉冲非相参雷达的载频随机抖动的因素会导致距离-多普勒成像结果在多普勒维度产生随机调制的旁瓣,影响成像的质量。利用稀疏恢复技术,在成像空间中对目标的散射中心进行稀疏重构,利用正交匹配追踪(OMP)算法和稀疏贝叶斯学习(SBL)算法进行成像,从而实现了抑制非相参因素引起的成像旁瓣,改进了成像质量,通过仿真验证了方法可行性。     

基于联合平动补偿的InISAR 成像方法研究

图像配准是干涉逆合成孔径雷达(InISAR)成像的关键步骤。针对传统InISAR 三维成像方法在图像配准步骤计算量过大、限制条件过多等问题,提出了一种基于联合平动补偿的InISAR 三维成像算法。该算法通过距离向和方位向的联合平动补偿,在得到二维逆合成孔径雷达(ISAR)图像的同时,完成了不同ISAR 图像的精确配准。与传统的基于相关图像配准的三维成像方法相比,该算法简单易行,计算效率更高。仿真结果验证了不同信噪比条件下该算法的有效性和稳健性。     

基于SAR实测数据的舰船成像研究

该文基于机载SAR实测数据,对舰船目标成像进行了研究。SAR成像是针对静止目标,舰船目标表现在SAR图像上是散焦的。基于舰船目标的非合作性,可采用ISAR的方法对其进行成像处理,以得到高分辨的舰船图像。该文介绍了如何从SAR实测数据中提取出舰船目标的回波数据,并讨论了对舰船成像比较有效的ISAR运动补偿方法。最后给出了多艘典型舰船的清晰成像结果。该文提供了机载雷达SAR模式工作时对舰船成像的有效处理方法。     

An Algorithm to Detect the Presence of 3D Target Motion from ISAR Data

We present an algorithm to detect the presence of 3D target motion from ISAR data. Based on the 3D point scatterer model, we first examine the effect of 3D motion on ISAR imaging. It is shown that existing motion compensation algorithms cannot properly focus targets exhibiting 3D motion during the imaging interval. An algorithm is then derived to blindly detect the degree of 3D target motion from raw radar data. It is based on measuring the linearity of phases between two or more point scatterers on the target. The phase estimation is implemented using the adaptive joint time-frequency technique. Examples are provided to demonstrate the effectiveness of the 3D motion detection algorithm with both simulation and real ISAR data. The detection results are corroborated with the truth motion data from on-board motion sensors and correlated with the resulting ISAR images.     

Motion compensation in ISAR imaging using the registration?restoration?fusion approach

The distortion in the inverse synthetic aperture radar (ISAR) image of a target is a result of small time-varying perturbed motion experienced by the target during the image integration period and is attributed to a phase modulation effect of the radar return from the target. Large distortion in ISAR images of a moving target has been investigated and demonstrated under controlled experiments and simulation. Results from the analysis suggest that severe distortion is attributed to the phase modulation effect where a time-varying Doppler frequency provides the smearing mechanism. For applications of target identification, the registration-restoration-fusion method has been developed to refocus the distorted ISAR images. This method has been applied to both the experimental and simulated ISAR data. Results demonstrate that the registration-restoration-fusion motion compensation approach can improve the distorted ISAR image better than what can be achieved by conventional Fourier transform methods. This study also adds insight into the distortion mechanisms that affect the ISAR images of a target in motion.     

基于相干化处理的步进频率ISAR成像算法研究

在步进频率高分辨ISAR成像中,传统的参数估计方法往往不能准确地估计出运动目标的速度和加速度值,其补偿后存在的相位误差对宽带合成ISAR图像有较大的影响。因此,该文提出了一种基于相邻相关法和相位相干化的步进频率高分辨ISAR成像技术,即通过相邻相关法估计运动目标的径向运动参数,在对回波数据包络进行补偿后,利用相位相干化对各子脉冲的相位误差进行校正,再利用频带拼接技术获取目标的合成高分辨1维距离像。之后,利用RD算法实现目标的高分辨ISAR成像。该方法具有精确相位误差补偿精度和高运算效率的优点。仿真和实测数据验证了该方法的有效性。     

基于酉ESPRIT的多频带融合ISAR成像

多频带融合成像可有效提高ISAR成像的距离分辨率。传统的ESPRIT谱估计融合算法只利用了复数观测数据本身,而没有利用其共轭数据。该文提出对合成复观测数据及其共轭的酉ESPRIT法进行调整以实现基于酉ESPRIT法的多频带融合ISAR成像。酉ESPRIT法充分利用复数观测数据信息,更有利于多频带融合的频谱估计和ISAR成像。针对多频带融合中目标散射点越分辨单元徙动校正的问题,调整了传统校正处理的步骤,分别在多频带融合前进行越距离单元徙动校正和融合后进行越多普勒单元徙动校正,避免了回波中的快时间频率-慢时间耦合项以及时域相位补偿对频域融合处理的影响,从而得到效果更好的多频带融合ISAR图像。仿真和实测数据结果表明所提方法不但能得到高质量的融合ISAR图像,也具有更优的抗噪性能和更高的运算效率。