3D打印AlSi10Mg合金组织性能研究

二维稀疏舰船目标的三维干涉ISAR成像

王勇^1,2,陈雪飞^1,2

(1.哈尔滨工业大学 电子工程技术研究所,哈尔滨 150001;

2. 对海监测与信息处理工业和信息化部重点实验室 哈尔滨 150001)

创新点说明：

提出一种当舰船目标回波处于两维稀疏情况时的三维InISAR成像算法,具体创新性可说明如下：

1） 首先将距离维稀疏回波进行稀疏重构;然后利用全局类补偿方法对重构后的信号进行包络对齐、相位校正和图像配准;接着考虑舰船目标在成像时间内近似为平稳运动,对接收的稀疏回波提取出有效数据,进行方位压缩得到目标的高分辨ISAR图像;最后通过干涉处理得到目标的三维几何重构图。

2） 本文所提方法解决了回波两维稀疏情况下舰船目标的三维InISAR成像问题,可有效适用于回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失的情况;相对于传统的三维成像算法,本文算法可得到更好的成像结果。

研究目的：

为解决回波处于两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像问题,提出一种针对回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失时的舰船目标三维InISAR成像算法。该算法具有一定的有效性和实用性,可实现在方位维回波随机缺失75%时的成像,块缺失中有效回波仅占接收回波1/8时的舰船目标三维InISAR成像。

研究方法：

1）对回波距离维随机缺失数据采用梯度自适应算法进行稀疏重构,得到重构的回波;

2） 利用全局平均一维距离像熵最小算法估计出中心雷达回波中目标的运动参数,利用该参数对各雷达回波进行距离对准;

3） 利用联合相位校正算法对包络对齐后的三雷达回波进行处理,在实现回波相位校正的同时消除回波间的波程差,实现各图像间的配准;

4） 将成像时间内舰船目标的运动近似为平稳运动,提取出接收回波中的有用数据进行方位向压缩后得到三幅ISAR图像;

5） 分别沿两基线进行干涉处理,并结合测距信息即可得到目标的三维几何重构,从而实现回波两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像。

研究结果：

1） 由不同稀疏重构算法对距离维信号的重构误差对比图可看出,本文中的梯度自适应算法能获得更好的结果;

2） 由回波两维随机缺失时舰船目标的三维InISAR成像结果可看出,回波在不同的缺失情况时均能得到目标很好的三维图像,即使回波中有效数据仅占25%时。

3）由距离维随机缺失、方位维块缺失时舰船目标的成像结果可发现,本文算法对处于不同缺失情况下的回波均能实现目标的三维几何重构,表明了该算法的有效性。

4） 通过对采用不同图像配准算法的舰船目标三维几何重构图分析可以发现,本文算法更适用于稀疏孔径下目标的三维InISAR成像。

结论：

当雷达接收回波处于两维稀疏时,传统的运动补偿和图像配准算法将无法获得目标运动的精确补偿和图像间的精确配准,使得稀疏孔径下舰船目标的二维成像质量下降,三维几何重构精度偏低。本文提出一种针对回波处于两维稀疏时舰船目标的三维InISAR成像算法,仿真实验结果可看出,该算法适用于回波处于距离维随机缺失、方位维随机缺失或块缺失的舰船目标三维成像,验证了所提算法的有效性。

关键词：3-D InISAR, 两维稀疏,梯度自适应算法,平均一维距离像,联合相位校正

     

解线频调步进频率ISAR成像研究

提出一种采用两次相干化处理实现对解线频调步进频率的逆合成孔径雷达(ISAR)成像算法．首先对回波进行相干化预处理,以估计运动目标的参数,并对相干化后的回波进行补偿;之后,采用相位相干化技术对残留相位误差进行校正,并利用时域带宽拼接技术获得目标的高分辨一维距离像．最后利用传统方位成像算法获得目标的高分辨ISAR图像．仿真数据验证了该方法的有效性．     

Sparse Bayesian learning in ISAR tomography imaging

Inverse synthetic aperture radar(ISAR) imaging can be regarded as a narrow-band version of the computer aided tomography(CT). The traditional CT imaging algorithms for ISAR, including the polar format algorithm(PFA) and the convolution back projection algorithm(CBP), usually suffer from the problem of the high sidelobe and the low resolution. The ISAR tomography image reconstruction within a sparse Bayesian framework is concerned. Firstly, the sparse ISAR tomography imaging model is established in light of the CT imaging theory. Then, by using the compressed sensing(CS) principle, a high resolution ISAR image can be achieved with limited number of pulses. Since the performance of existing CS-based ISAR imaging algorithms is sensitive to the user parameter, this makes the existing algorithms inconvenient to be used in practice. It is well known that the Bayesian formalism of recover algorithm named sparse Bayesian learning(SBL) acts as an effective tool in regression and classification,which uses an efficient expectation maximization procedure to estimate the necessary parameters, and retains a preferable property of the l0-norm diversity measure. Motivated by that, a fully automated ISAR tomography imaging algorithm based on SBL is proposed.Experimental results based on simulated and electromagnetic(EM) data illustrate the effectiveness and the superiority of the proposed algorithm over the existing algorithms.     

基于匹配傅里叶变换舰船回波参数估计方法研究

针对ISAR对非合作机动舰船目标的成像问题,将回波作多分量线性调频信号近似.依据匹配傅里叶变换理论,分析基于匹配傅里叶变换的多分量线性调频信号参数估计的统计特性.研究表明幅值、初始频率和调频率3个参量估计的均方误差均接近Cramer-Rao下界,通过蒙特卡罗仿真实验验证了理论推导的正确性.采用匹配傅里叶变换进行舰船目标回波多普勒参数估计,利用运动补偿完成瞬时成像,获得不同时刻的目标像及目标的运动姿态,实测数据验证方法的有效性.     

伪双站ISAR成像方法研究

提出了基于单站成像系统获取多站逆合成孔径雷达(ISAR)重建图像的方法,称其为伪双站ISAR成像法.该方法利用电磁波的多径效应,发射一组电磁波信号可接收到多组回波数据,通过对回波进行信号处理,能够获得比常规单、双站ISAR成像更多的目标有用信息.与常规双站ISAR相比,它的设备大大简化,且避开了双站ISAR成像最难解决的同步技术问题.深入分析了伪双站ISAR成像的几何配置、成像原理、雷达成像平面和坐标变换等问题.仿真实验结果验证了理论分析的正确性和成像方法的有效性.     

一种基于FrFT的ISAR多目标成像方法

针对逆合成孔径雷达（IsAR）同一波束内多个运动目标在距离上重叠时的成像问题,提出了一种基于分数阶傅里叶变换（FrFT）的ISAR多目标成像新算法．首先建立多目标回波模型,通过分析各目标平动多普勒历程差异,得出各目标回波在同一距离门内均可近似为一组线性调频信号的结论．然后结合FrFT和Clean思想（FrFT-Clean）对多目标回波信号中各个目标的回波分量进行分离,最后用常规算法对各个单目标分别进行成像．仿真结果验证了该方法的有效性．     

高速运动自旋目标的ISAR成像建模与分析

针对目标兼有高速运动和自旋特征时的逆合成孔径雷达（ISAR）成像问题,主要研究了该类目标的ISAR成像方法。依据高速运动自旋目标的运动特点,建立了其ISAR回波模型,并在回波模型分析的基础上提出了该类目标的ISAR成像投影像概念及计算方法。仿真实验同时验证高速运动自旋目标ISAR投影像计算方法和ISAR成像处理算法的有效性。     

多视角ISAR成像研究

提出了多视角逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法,对不同视角回波数据子孔径内部与外部分别选用不同对齐基准的方法进行包络对齐,然后采用多特显点综合法进行自聚焦．对各个视角接收信号融合,给出了一种参数化方法与非参数化方法相结合以进行稀疏孔径外推的算法,经外推后通过方位向FFT得到目标ISAR图像,该算法可有效应用于合成孔径雷达稀疏孔径成像．     

ISAR Imaging of Fluctuating Ship Target Based on a Novel Approach for Cubic Chirplet Decomposition with Local Polynomial Wigner Distribution

基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解新方法及其在舰船目标逆合成孔径雷达成像中的应用

王勇,高建军

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院)

创新点说明：

1） 本文提出一种三次Chirplet分解的新方法。通过计算散射点回波信号的局域多项式魏格纳分布,可获得三次Chirplet基函数的参数估计。解决了传统参数估计方法存在的算法复杂、计算量大等问题。

2） 本文提出一种基于三次Chirplet分解的舰船目标逆合成孔径雷达成像新方法,解决了舰船目标复杂运动情况下,传统的成像方法成像质量下降的问题。本文方法可获得舰船目标高质量的成像结果。

研究目的：

本文的写作目的主要是为了解决舰船目标复杂运动情况下如何提高成像质量的问题。同时提出新的信号参数估计方法,解决传统方法存在的算法复杂、计算量大等问题。

研究方法：

1） 基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解的新方法。通过峰值搜索,可获得三次Chirplet基函数三次相位系数的估计,进而通过解调频等技术获得其它信号参数的估计。对于多分量信号,可通过洁净技术逐一估计出不同信号分量的参数。

2） 舰船目标复杂运动情况下,散射点回波信号可用多分量多项式相位信号模型来进行刻画。通过对多项式相位信号进行三次Chirplet分解,可获得其内在结构信息。进而采用距离——瞬时多普勒成像算法,可获得舰船目标高质量的成像结果。

仿真数据和外场实测数据成像结果验证了本文方法的有效性。

结果：

1） 文中构造了三维摆动的舰船目标及其回波信号模型,如文中图2所示。相应的成像结果如文中图4所示。此时获得了舰船目标高质量的成像结果。

2）文中选取舰船目标的外场实测数据,相应的成像结果如文中图6和图7所示,进一步说明了本文算法的适应性。

结论：

基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解的新方法,可获得三次Chirplet基函数的高精度参数估计结果。将该方法应用于复杂运动舰船目标的逆合成孔径雷达成像中,可获得舰船目标高质量的成像结果。

关键词：三次Chirplet分解;局域多项式魏格纳分布;逆合成孔径雷达成像

     

相对运动多目标的逆合成孔径雷达成像

由于非合作的机动多目标相对于雷达射线的姿态是时变的,而且目标间可能存在相对运动,给逆合成孔径雷达(ISAR)成像造成较大的困难。当多目标间存在相对运动时,直接利用常规补偿方法通常得不到满意的结果。该文建立了目标相对运动的模型,分析了相对运动对成像的影响,提出了一种新的相对运动补偿算法。该算法对存在相对运动的目标在距离上利用Keystone变换进行分离,提取相对运动目标的回波,分别利用Autoclean算法进行运动补偿。模拟和实测数据的成像结果表明,该算法是可行的。     

机载对海多目标ISAR成像系统设计

机载对海逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)能够对海面大中型舰船进行二维成像,图像信息为识别提供了更有利的依据.根据ISAR系统的工作原理,首先分析了对海多目标ISAR面临的关键问题;然后提出了空间、时间两维分割的处理方案,以解决不同海况下海面多目标成像分辨率的问...     

散射“重心”跟踪的ISAR运动补偿方法

运动目标的适合成孔径雷达(ISAR)成象可以归结为绕固定轴(不动点)旋转的目标成象问题。但实际中在观测期间这样的不动点是相对雷达移动的,且移动的规律是未知的,因此,在成象处理前必须进行运动补偿,以得到等效的参考不动点。以往是在目标上寻求一孤立散射点作为参考点,但这对于连片目标不太适合。本文将考虑把散射重心作为参考点,并以此进行运动补偿。这个方案对于连片目标很有效。模拟结果也证明了该方案可行。     

改进轮廓波变换的ISAR信号超分辨成像方法

为了克服由于实测数据有限、逆合成孔径雷达(ISAR)成像分辨率低的问题,提出了一种基于改进轮廓波变换(CT)的ISAR回波信号超分辨成像方法.该方法首先采用非下采样的轮廓波分解来实现信号不变尺度下不同方向的高频成分提取;然后将不同方向的高频信息与原始回波信息一同构建为CT变换的分解层;最后借助轮廓波重构变换技术实现ISAR回波信号的尺度拓展,进而实现超分辨成像.与用插值方法进行信号尺度拓展后成像相比,该方法更能反映空中目标雅克42型飞机雷达图像细节信息,提高成像质量,从而验证了该方法的有效性.     

基于压缩感知的多目标认知成像方法

为利用有限雷达资源实现对多ISAR目标的实时高分辨成像,提出了一种基于压缩感知的相控阵雷达多目标稀疏孔径认知高分辨成像方法．在对目标稀疏特性认知的基础上,构建了基于目标横向稀疏度和成像积累时间的雷达资源动态分配函数,并给出了成像质量评估标准,最终实现了有限雷达资源条件下不同ISAR目标的高分辨认知成像．仿真结果表明,利用该方法成像不仅可以减少雷达成像发射脉冲数,而且可以有效减少雷达观测时间,同时还能获得高质量的目标ISAR像．     

Two dimension migration compensation method for W-band ISAR imaging

The problem of migration through the resolution cell (MTRC) in the W-band Inverse Synthetic Aperture radar (ISAR) imaging system is serious. Therefore, a novel two dimensional compensation method is proposed in this paper. Firstly, the cause of migration in ISAR imaging is analyzed. Then, the Keystone transform is used to compensate the MTRC in the range direction. After that, the minimum entropy algorithm is used to estimate the average rotate speed of the target and the rotate speed is used to compensate the cross range direction MTRC of a uniformly rotating target by using the phase correcting method. Finally, the sub-aperture imaging algorithm is used to reduce the cross range MTRC in imaging the maneuvering target. Simulation results show that a high resolution result is achieved and the effectiveness of the two dimensional compensation method is verified.     

Dwell Scheduling Algorithm for Digital Array Radar

Aiming at the problem of resource allocation for digital array radar(DAR),a dwell scheduling algorithm is proposed in this paper.Firstly,the integrated priority of different radar tasks is designed,which ensures that the imaging tasks are scheduled without affecting the search and tracking tasks;Then,the optimal scheduling model of radar resource is established according to the constraints of pulse interleaving;Finally,a heuristic algorithm is used to solve the problem and a sparse-aperture cognitive ISAR imaging method is used to achieve partial precision tracking target imaging.Simulation results demonstrate that the proposed algorithm can both improve the performance of the radar system,and generate satisfactory imaging results.     

Dwell Scheduling Algorithm for Digital Array Radar

Aiming at the problem of resource allocation for digital array radar(DAR),a dwell scheduling algorithm is proposed in this paper.Firstly,the integrated priority of different radar tasks is designed,which ensures that the imaging tasks are scheduled without affecting the search and tracking tasks;Then,the optimal scheduling model of radar resource is established according to the constraints of pulse interleaving;Finally,a heuristic algorithm is used to solve the problem and a sparseaperture cognitive ISAR imaging method is used to achieve partial precision tracking target imaging.Simulation results demonstrate that the proposed algorithm can both improve the performance of the radar system,and generate satisfactory imaging results.     

利用压缩感知的短孔径高分辨ISAR成像方法

压缩感知理论揭示：对于稀疏信号可以利用非常有限的观测数据对信号本身进行精确恢复．基于此思路提出了一种利用短孔径有限数据实现高分辨逆合成孔径雷达成像的新方法,将逆合成孔径雷达成像转换为利用正交基重构稀疏信号的问题,然后利用压缩感知对目标像高分辨优化重建．同时,根据压缩感知理论对新成像方法的分辨率理论上界进行了推导．对舰船和机动飞机的实测数据的处理结果验证了新方法的有效性和稳健性．     

Inverse synthetic aperture radar imaging based on sparse signal processing

Based on the measurement model of inverse synthetic aperture radar (ISAR) within a small aspect sector, an imaging method was presented with the application of sparse signal processing. This method can form higher resolution inverse synthetic aperture radar images from compensating incomplete measured data, and improves the clarity of the images and makes the feature structure much more clear, which is helpful for target recognition. The simulation results indicate that this method can provide clear ISAR images with high contrast under complex motion case.     

一种适用于低信噪比短CPI的ISAR横向定标算法

针对低信噪比短相干处理时间(CPI)的逆合成孔径雷达(ISAR)成像及应用,提出一种有效的ISAR横向定标算法．基于ISAR图像的稀疏特征,该方法首先利用加权压缩感知实现超分辨成像,有效地抑制噪声并保证强散射点的恢复精度．然后,根据二维傅里叶变换及极坐标变换的特性,利用极坐标图像间的相关性对转动角速度进行初估计．最后,利用加权压缩感知对相关函数峰值位置进行精确估计,提高了估计精度和效率,从而实现ISAR图像的横向定标．通过仿真和实测数据处理验证了该方法的可行性和有效性．