2022 Vol. 39(3): 1-13| [摘要](31) | [PDF](46)- FMCW体制毫米波SAR星座未来应用方法初探
- 赵强，袁英男，王辉，陈翔，郑世超
- 近年来，随着天基遥感应用需求的不断多样化，具备干涉测高、干涉测速等能力的多星合成孔径雷达(SAR)组网系统概念面临工程化实现的难题。为降低组网星座成本和规模，提升工程可实现性，提出了双星调频连续波(FMCW)体制毫米波SAR系统概念，并针对其中星间同步、内定标、星间数据传输等关键问题进行了详解。在双星系统的基础上，设计了多星组网拓展方式，使系统具备了高分宽幅、干涉测高、干涉测速等能力，为未来SAR星座应用方法研究提供参考。
- 2022 Vol. 39(3): 14-19
| [摘要](22) | [PDF](22)- 面向电磁特性测量的毫米波级联雷达系统设计
- 张苏，谭恺，雒梅逸香，唐文明，陈浩宇，徐丰
- 单芯片毫米波雷达面临着测量维度单一、分辨率低的问题，级联雷达芯片可以获取目标的多维信息，但是给信号采集、存储和处理带来了很大压力。本文设计了高速信号处理板与级联雷达芯片构成一套完整的毫米波多发多收(MIMO)成像系统。该系统为稀疏阵面，采用时分多址(TDMA)模式，使得系统兼具2个维度的高分辨率以及空间分辨能力，并且系统内部采用高速串行计算机扩展总线标准(PCI-Express)，外部采用Thunderbolt3接口，均具备很高的通道传输速率，支持对目标区域进行实时成像。使用该系统可以从高分辨成像结果中提取有效的电磁特征，以更好地使用毫米波区分不同电磁特性的目标。最后，采用此系统开展点目标和复杂目标的成像试验，成像结果充分验证了该毫米波雷达可以有效测量不同类型目标的电磁特征，对不同电磁特性的目标具备一定的分辨能力及快速成像能力。
- 2022 Vol. 39(3): 20-25
| [摘要](17) | [PDF](61)雷达信号处理- 一种顺轨干涉SAR时变平地相位去除方法
- 孙颖，吴思利，王辉
- 顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR)，可以利用2幅SAR图像的干涉相位信息实现对动目标的检测和径向速度的测量。在实际情况下，由于平台和天线相位中心的不稳定，干涉基线的倾角变化会导致时变的交轨基线分量，从而引入平地相位干扰运动目标的检测和测速，需要去除其影响。针对此问题，提出一种基于回波数据的时变平地相位去除方法。该方法通过最小二乘法估计出基线在平地相位中的影响系数，再反演出估计的平地相位值，从而在干涉相位中进行去平地相位，提升了运动目标的检测和测速性能。通过仿真实验验证了理论公式的正确性，并计算了误差。
- 2022 Vol. 39(3): 26-32
| [摘要](18) | [PDF](26)- 基于多DSP的机载SAR距离徙动校正实现方法
- 王格，李盘虎，蔡猛，王希冀，王春燕
- 针对机载合成孔径雷达(SAR)数据量大、运算复杂、实时性能要求高等问题，提出了一种基于多片多核DSP并行的方式实现机载SAR距离徙动校正的方法。重点介绍实现过程中的片间及片内并行和同步处理、数据交互、数据分配，距离徙动校正的距离向脉冲压缩和惯导补偿，以及多普勒中心估计实现的具体步骤，利用点仿真和实测数据验证了该方法的有效性，并提出优化模块，进一步提高运算的实时性。
- 2022 Vol. 39(3): 33-37
| [摘要](19) | [PDF](12)- 基于弱目标积累检测的MSK-LFM一体化信号性能分析
- 刘耀文，饶烜，朱炳祺
- 通信数据会改变最小频移键控-线性调频(MSK-LFM)雷达通信一体化信号的模糊函数，影响回波的相参积累性能和雷达的弱目标检测性能。分析了MSK-LFM一体化信号的脉冲压缩处理过程，提出了通过设置每个脉冲传输不同数量的通信数据，即通信数据长度不同，来提高检测概率;同时分析了MSK-LFM信号的相参积累效果，结果表明，对于同一距离门的目标，不同脉冲间的相位改变只由多普勒频率引起;最后通过仿真实验对MSK-LFM信号在非理想情况下通信数据长度相同或不同时的检测概率进行了比较，同时与相同条件下直接序列chirp扩频(DS-CSS)一体化信号进行了对比分析。仿真结果表明:MSK-LFM信号在非理想情况下通信数据长度不同时的检测概率优于通信数据长度相同时的检测概率，同时也优于DS-CSS信号的检测概率。
- 2022 Vol. 39(3): 38-45
| [摘要](18) | [PDF](16)- 基于SURE准则的参数自适应InSAR相位非局部滤波
- 高雨欣，郭睿，王辉，张双喜
- 干涉相位滤波是干涉合成孔径雷达(InSAR)处理中的关键步骤，然而传统滤波方法难以兼顾噪声抑制和细节保持的效果，故提出了一种改进的非局部滤波器。滤波参数由Stein无偏风险估计(SURE)准则自适应地选择，在有效降低InSAR相位噪声的同时，保留干涉条纹细节和城市建筑的边缘。通过在仿真数据和TanDEM-X实测数据上分别进行实验，并与传统滤波方法对比分析，验证所提出方法的有效性。
- 2022 Vol. 39(3): 46-53
| [摘要](16) | [PDF](38)- 基于多尺度CNN模型的多时相PolSAR图像作物分类
- 张伟涛，王敏，郭交
- 农作物分类是偏振合成孔径雷达(PolSAR)数据的重要应用之一。由于单时相PolSAR数据获取的信息有限，因此，采用多时相PolSAR数据，其含有农作物生长周期更丰富的特征信息。针对多时相PolSAR数据在极化特征分解时造成的“维数灾难”问题，提出了一种非负性约束稀疏自编码器(NC-SAE)的特征压缩方法，用于对分解后的特征数据进行压缩，以获得分类所需的有效特征。此外，构建了一种多尺度特征分类网络(MSFCN)，该网络可以提高农作物的分类性能，且优于目前传统的卷积神经网络和支持向量机方法。通过使用欧空局提供的数据进行仿真实验，对分类结果进行性能评估，并与传统方法比较。实验结果表明:所提的方法具有很好的农业应用前景。
- 2022 Vol. 39(3): 54-59
| [摘要](26) | [PDF](18)- 基于改进YOLOv3的SAR舰船图像目标识别技术
- 姜浩风，张顺，梅少辉
- 合成孔径雷达(SAR)图像自动目标识别(ATR)技术是人工图像解译的关键技术之一。针对传统的SAR舰船目标检测算法大多受限于场景且泛化能力较差的问题，设计了一种基于改进YOLOv3网络的检测模型。将YOLOv3与DenseNet网络融合，使用稠密网络模块代替用于提取中小尺度特征的残差网络模块，通过训练得到模型的最优权重，实现端到端的目标检测。使用综合交并比(GIoU)损失代替交并比(IoU)边界框回归损失，提供更加准确的边界框位置信息，提高检测精度，采用中国科学院空天信息研究院制作的SAR图像船舶检测数据集进行测试。测试结果表明:与原YOLOv3算法相比，改进后的YOLOv3检测准确率提高了1.4%。
- 2022 Vol. 39(3): 60-66
| [摘要](14) | [PDF](14)- 基于YOLOv5的近岸SAR舰船目标检测方法
- 富强，杨威，陈杰，郑世超，楚博策
- 由于类似舰船的陆地目标的干扰和舰船的紧密排列，基于合成孔径雷达(SAR)图像的近岸舰船检测会出现较多漏检和误检，提出了一种基于YOLOv5网络的近岸舰船的检测方法。为提高近岸背景下的检测精度，使用了注意力机制模型和CSL的技术用于改进网络;分析了YOLOv5网络、注意力模型和CSL算法，基于YOLOv5进行了检测实验，引入注意力模型来改进网络;结合CSL算法，重构了YOLOv5旋转检测网络。通过调整训练参数和改进注意力，近岸目标检测网络的测试结果达到mAP 80%以上，证实了CSL+YOLOv5算法实现旋转检测的可行性。
- 2022 Vol. 39(3): 67-76
| [摘要](20) | [PDF](36)- 基于时变散射特征与CNN的双极化SAR作物分类
- 郭交，白清源，李恒辉
- 作物类型分类是极化合成孔径雷达(PolSAR)图像中最重要的应用之一。然而，由于成本和系统限制，越来越多的双极化SAR系统已经投入使用。由于双极化模式的限制，双极化SAR数据集存在严重的贴现特性，使得双极化SAR图像难以获得令人满意的分类精度，因此有必要提取更适合于双极化SAR数据集的散射特征。基于H/α分解的基本理论，引入了一个新的参数来测量农作物的时变散射特性，并针对双极化SAR图像提出了时变散射特征驱动的卷积神经网络(CNN)。实验结果表明:提出的CNN分类方法达到了最高的分类精度。与不同的特征组合输入相比，提出的新参数能稳定地提高分类器的分类性能，H、α、θ和强度特征的组合也能达到最佳的分类性能。
- 2022 Vol. 39(3): 77-83
| [摘要](12) | [PDF](12)- 基于Hankel矩阵填充的稀疏孔径ISAR成像
- 彭鑫鑫，张邦杰，李浩林，盛佳恋，江利中，徐刚
- 在稀疏孔径(SA)逆合成孔径雷达(ISAR)成像中，传统压缩感知(CS)方法使用稀疏信号处理来处理数据缺失下的成像问题。这类方法存在模型不匹配这一固有问题，在一定程度上会限制成像质量。提出了一种利用Hankel矩阵填充(HMC)的基于结构化稀疏ISAR成像方法。该方法是一种典型的无网格方法，可以有效地提高稀疏孔径ISAR成像性能。首先，建立ISAR稀疏孔径成像信号模型，根据每个距离单元的回波构造Hankel矩阵;其次，通过证明所构造Hankel矩阵的低秩性质，作为方位稀疏成像的先验信息约束;最后，通过逐步迭代求解基于增广拉格朗日乘子(ALM)的矩阵填充(MC)来实现重构方位维成像。提出的基于低秩约束的方法，可以避免过完备基的假设，有效地克服了CS方法的离网格效应。基于实测数据的实验分析，进一步验证了所提算法的有效性。
- 2022 Vol. 39(3): 84-90
| [摘要](15) | [PDF](19)- 基于深度学习的SAR图像质量提升方法研究
- 刘艳芳，李春升，杨威
- 提升合成孔径雷达(SAR)图像质量以增强其可判读性，一直是SAR图像处理中的关键问题。近年来，深度学习在光学图像处理中取得显著的成功，并逐步应用到SAR图像质量提升领域。对深度学习在SAR图像质量提升中的关键应用进行综述，对深度学习在SAR图像质量提升中采用的典型网络进行了介绍，并从SAR图像旁瓣抑制、超分辨(SR)处理和图像融合3个方面对深度学习的应用进行阐述。最后，分析与探讨了基于深度学习的SAR图像质量提升中的关键问题及进一步研究方向。
- 2022 Vol. 39(3): 91-99
| [摘要](17) | [PDF](17)- 机载火控雷达抗干扰仿真系统设计
- 张朝丰，李少杰，张双喜，孟涛，梅少辉
- 研究模拟雷达抗干扰过程以及分析雷达抗干扰技术，提出了机载火控雷达抗干扰仿真系统设计思路，详细分析了该系统的各模块功能、处理流程和关键技术等。该系统不仅能够运行回波生成模块以及信号处理模块，而且能够在已有的基础上对各模块进行优化设计。在不同的干扰条件下，采取不同的抗干扰技术，同时在雷达电子对抗过程中，可以实时地采集各关键环节的信号数据。该系统在验证雷达抗干扰技术效果方面具有很高的应用价值。
- 2022 Vol. 39(3): 100-106
| [摘要](17) | [PDF](17)- 脉冲体制毫米波SAR多通道信号处理方法研究
- 吴思利，王辉，肖明喜，郭禹杉，付玉龙
- 为实现高分辨率、宽测绘带的综合观测目的，以毫米波频段多通道合成孔径雷达(SAR)信号模型为基础，对同时具备距离多通道、方位多通道的SAR成像处理流程进行分析，针对非均匀通道重构容易受到姿态误差影响的问题，引入惯导设备姿态数据实现参数校准，并基于上海卫星工程研究所Ka频段多通道SAR机载挂飞数据完成方法验证。数据处理结果表明:通过二维多通道数据处理，能够有效改善欠采样下的SAR图像方位模糊特性并优化噪声特性，提升图像可判读性。研究结果可为毫米波多通道SAR成像系统的研制与应用处理提供参考。
- 2022 Vol. 39(3): 107-115
| [摘要](10) | [PDF](35)- FMCW体制毫米波SAR实时信号处理方法研究
- 冯利鹏，王辉，郑世超，曾朝阳，陈翔
- 与脉冲体制合成孔径雷达(SAR)相比，调频连续波(FMCW)体制SAR具有体积小、重量轻、分辨率高、功耗低和低截获等一系列优点，目前小型或微小型SAR普遍采用FMCW工作体制。FMCW SAR在整个脉冲重复周期内都发射信号，其信号占空比达到了100%，为了减小数字接收机采样带宽，降低数据率，FMCW体制毫米波SAR一般采取解线频调接收的方式，但其数据量依然很大，而且机载平台受到气流的影响，运动误差很大，需要迭代估计与补偿，给实时处理模块带来了很大压力。为了提高整个机载FMCW SAR系统的信号实时处理性能，需要在算法层面进行改进。提出了一种两次子孔径误差估计和全孔径误差拼接补偿的FMCW SAR实时成像算法，使用相位梯度自聚焦(PGA)算法和图像偏置(MD)算法级联提取子孔径误差;然后进行子孔径误差拼接成全孔径误差补偿原数据，两维脉冲压缩后完成图像聚焦，提高了FMCW体制毫米波SAR成像算法的效率;最后使用机载Ka波段FMCW SAR实测数据，验证了该算法的有效性。
- 2022 Vol. 39(3): 116-121
| [摘要](15) | [PDF](13)先进雷达技术- 星载高增益毫米波SAR相控天线阵设计
- 叶声，苏醒，张天乐，徐显文，张丽娜，欧阳尚荣
- 介绍了一种高增益、高效率的星载毫米波合成孔径雷达(SAR)有源相控天线阵的设计。天线单元采用了窄边开缝的波导缝隙天线，辐射缝隙与波导宽边垂直，天线具有效率高、匹配良好的特点。在方位向，波导缝隙天线组成直线阵，直线阵内采用折叠的波导功分器降低了直线阵的剖面高度。在距离向，波导缝隙直线阵紧密排布，形成一维相扫阵列。定标网络及馈电网络均采用波导形式并集成于天线阵列背面，其中，定标网络通过定向耦合器改善了定标通道的一致性及带内起伏特性，馈电网络通过魔T结构改善各有源通道间的隔离度。以距离向84个直线阵为一个子阵列，最终设计的天线全阵在方位向共包含8个子阵列，总体尺寸是595.8λ0×56λ0(λ0是中心频率在自由空间中的波长)。实测天线带内最高增益为54.37 dBi，辐射效率65.2%。天线阵列具有高增益、高效率的优点，同时结构简洁紧凑，适用于星载毫米波SAR系统。
- 2022 Vol. 39(3): 122-129
| [摘要](19) | [PDF](26)- 一种鲁棒的毫米波雷达人体呼吸心跳测量方法
- 胡雨璇，夏朝阳，徐丰
- 提出一种基于毫米波雷达的人体呼吸心跳测量方法，可用于检测航天员的呼吸心跳。通过发射57.5~63.5 GHz频段的线性调频连续波，采集人体胸腔表面反射的雷达回波，经过混频和低通滤波后采样，得到包含呼吸心跳微动信息的中频采样数据。通过对中频采样数据做快速傅里叶变换，确定人体胸腔相对雷达的径向距离，进一步提取胸腔位置对应的相位信号。然后采用一种改进的相位差分增强方法，抑制相位信号中呼吸谐波对心跳信号提取的干扰和低频噪声对呼吸信号提取的干扰。最后采用高斯平滑滤波方法从相位信号中提取无波形失真的呼吸信号，并采用低阶有限冲激响应(FIR)滤波器从相位信号中提取无速率失真的心跳信号。此外，对呼吸、心跳信号采用时域寻峰算法计算呼吸率和心率。实验结果表明:此方法对人体呼吸信号和心跳信号测量的准确性高、鲁棒性强。
- 2022 Vol. 39(3): 130-137
| [摘要](16) | [PDF](16)- 小型SAR卫星用双高特性锂离子电池技术
- 刘通，朱文豪，梅悦旎，陈健，张静，顾洪汇，高蕾
- 小型合成孔径雷达(SAR)卫星对储能电池系统提出了轻量化、大功率的要求，现有的SAR卫星用电池难以满足需求，急需开发高能量高功率的锂离子电池。采用兼具容量和功率性能的镍钴铝酸锂(LiNixCoyMnzO2， NCA)作为正极活性材料，高容量中间相炭微球(MCMB)作为负极活性材料，显著提升了电池体系的容量和比能量。通过设计极片的活性物质载量和电解液用量，保证了电池功率性能(≥10 C)的发挥;通过加大电极片面积和极柱尺寸，控制了大倍率放电时电池温升。研制了兼顾高比能和高功率的锂离子电池单体，额定容量20 Ah，1 C放电比能量达到180 Wh.kg-1，且10 C放电容量相较1 C保持率96.24%，15 C下持续放电比功率超过2 000 W.kg-1，可以满足下一代轻小型SAR卫星能源供电需求。
- 2022 Vol. 39(3): 138-144, 152
| [摘要](15) | [PDF](18)- 卫星SAR载荷蓄电池充电器的建模分析与设计
- 陈乃铭，李强，徐伟，王乾同，刘建志，陈鑫玉
- 随着现代商业卫星的发展，低成本、重量轻、多功能、高集成的微纳合成孔径雷达(SAR)卫星迎来加速发展的阶段。由于SAR载荷工作时间短、峰值功率大的特点，需专门为SAR载荷配置一组高压载荷蓄电池，在相同电流下，可输出更大功率。针对高压载荷蓄电池恒流恒压充电的需求，提出采用推挽变换器的隔离升压充电器方案，搭建了推挽变换器的小信号模型，采用峰值电流控制的双环控制策略实现恒流恒压充电控制，最后在充电器样机上进行了实验验证。实验结果验证了分析的正确性与设计的有效性，可以满足SAR载荷蓄电池充电的要求。
- 2022 Vol. 39(3): 145-152
| [摘要](21) | [PDF](15)
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