2018 Vol. (6): 1-7| [摘要](36) | [PDF](53)- 基于轨道角动量的电磁涡旋SAR成像新方法
- 方越,王鹏波,陈杰
- 为研究电磁涡旋波在合成孔径雷达(SAR)领域的应用潜力,验证电磁涡旋SAR成像的可行性,将电磁涡旋与合成孔径雷达模型结合,通过使用单一模式的轨道角动量,用合成孔径原理实现方位聚焦。给出了基于电磁涡旋的SAR几何模型和回波信号模型,并提出了适用于电磁涡旋SAR的改进chirp-scaling(CS)成像算法。通过点目标仿真分析,验证了所提成像算法的有效性。该方法可为SAR系统新体制设计及雷达的研究提供参考。
- 2018 Vol. (6): 8-11
| [摘要](31) | [PDF](46)- W波段FMCW SAR系统实现与试验
- 姜漫,王辉,孙志强,潘嘉祺,王群
- 与C波段、X波段和Ka波段相比,W波段的调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)系统因具有更高的分辨率,更易实现低功耗与小型化而备受关注。W波段波长短,因此该波段的FMCW SAR更适用于短距离成像。提出一种W波段FMCW SAR系统的设计方案,根据提出的系统方案与指标,实现W波段FMCW轨道SAR系统的样机研制。该系统分辨率可达5 cm。系统样机试验在上海交通大学的多功能船模拖拽水池完成。设置不同目标进行成像试验,最终得到多组有效试验数据,并基于改进的RD算法进行数据处理,得到理想的SAR图像。经分析可知,系统实际分辨率优于5 cm。试验结果证明了W波段FMCW SAR系统的可行性与有效性。
- 2018 Vol. (6): 12-17
| [摘要](26) | [PDF](32)- 一种适合于斜视TOPS SAR的改进PFA成像方法
- 吴玉峰,张红波,叶少华
- 针对斜视循序扫描地形观测(TOPS)合成孔径雷达(SAR)成像模式,对广义极坐标格式算法(PFA)进行改进,提出了一种先线性走动校正(LRWC)后PFA插值的成像方法。利用LRWC显著降低了距离向与方位向的耦合,简化了距离单元徙动校正过程。走动校正后方位向采样依然是均匀的,因此方位向插值可采用Chirp-Z变换快速实现。对于波束扫描及走动校正引起的多普勒调频率的方位空变问题,采用方位非线性变标(ANCS)的方法进行统一校正,大幅提高了方位向的聚焦深度,扩大了可良好聚焦的场景范围。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。
- 2018 Vol. (6): 18-23
| [摘要](20) | [PDF](25)- W波段FMCW体制ISAR系统成像及试验验证
- 张慧,王辉,潘嘉祺,王群,孔令振,滑伟
- 毫米波雷达具有高分辨率、小型化、轻型化等特点,是现代雷达应用的一个重要发展方向。随着W波段元器件的突破,W波段逆合成孔径雷达(ISAR)系统的研究引起了世界发达国家的重视。W波段ISAR图像分辨率高,目标散射细节更丰富,可提高目标分类、识别精度,在军民领域均有很大的应用价值。介绍了一种W波段调频连续波(FMCW)体制ISAR系统,探讨了该体制ISAR系统性能并介绍了W波段FMCW ISAR成像处理算法。该系统发射信号中心频率为94 GHz,带宽为5 GHz。利用该系统开展了ISAR转台试验,并利用RD算法得到了ISAR系统初步成像结果。
- 2018 Vol. (6): 24-29
| [摘要](14) | [PDF](24)- 基于组字典学习的逆合成孔径雷达成像方法
- 朱栋强,胡长雨,汪玲
- 基于压缩感知(compressive sensing, CS)的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像方法可以使用非常少的数据来获得高质量的图像。但基于CS的 ISAR成像方法中目标场景不准确的稀疏表示限制了成像方法的性能。结合字典学习(dictionary learning, DL)技术的CS ISAR成像方法能够寻找到目标场景图像块的最优稀疏表示,提高成像质量,但每一个图像块被单独考虑,而忽略了彼此之间的相互依赖关系。为了实现进一步提高成像质量的目标,针对ISAR图像分块重建的问题,首次提出一种基于组字典学习(group dictionary learning,GDL)的ISAR成像方法。将具有相似结构的图像块聚类并构建出多个图像块组,利用奇异值分解(singular value decomposition, SVD)从图像块组中学习出最优组稀疏变换字典。学习好的组稀疏变换字典可以寻找到待重建图像块组的最优稀疏表示,进而重建出高质量的目标场景图像。实验结果表明:与现有的CS ISAR成像方法相比,基于GDL的ISAR成像方法能获得更好的成像效果,并具有更高的计算效率。
- 2018 Vol. (6): 30-36
| [摘要](22) | [PDF](35)- Ku波段机载极化SAR数据定标
- 王鹏,马超,吴晓明,唐坤
- 针对极化合成孔径雷达(SAR)数据采集过程中出现的通道串扰、通道不平衡问题,利用Ku波段机载全极化SAR数据进行定标试验研究。进行了极化通道间干涉相位去除,以及包含相位校正、串扰校正和通道不平衡校正的极化SAR定标处理。对三面角反射器后向散射的分析表明:经定标处理后,极化通道不平衡降至1 dB以内,通道串扰降至-17 dB以下,极化特征图与理想三面角更为接近。Freeman-Durden分解结果表明:经定标处理后,极化SAR数据能较为准确地反映地物主要散射机制信息。
- 2018 Vol. (6): 37-42
| [摘要](15) | [PDF](31)- 基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像
- 潘时龙,张方正,叶星炜,高彬栋,郭清水
- 为克服传统雷达面临的带宽瓶颈,提升其分辨率,利用微波光子倍频与混频技术对宽带雷达信号进行处理,构建宽带雷达,成功实现了实时高分辨雷达成像。构建的微波光子雷达样机带宽高达12 GHz,实现逆合成孔径雷达成像的二维分辨率优于2 cm×2 cm,成像速率高达100 帧/s。在该雷达架构基础上构建了多输入多输出微波光子雷达,在相同的相参累积时间内,能进一步提高雷达成像的方位向分辨率。研究结果表明:微波光子技术是突破传统雷达频率与带宽限制的有效手段,有望在未来实时高分辨雷达探测与成像中发挥重要作用。
- 2018 Vol. (6): 43-50
| [摘要](19) | [PDF](45)- 一种基于时间调制的弹性化SAR卫星系统
- 曹岸杰,王辉,刘庆波,成飞
- 星载合成孔径雷达(SAR)系统能全天时、全天候观测,在地震、洪涝、台风等自然灾害监测中具有重要作用。双基、多基SAR卫星更具有极高的经济、科学、安全价值。然而,目前在轨的大型星载SAR卫星造价昂贵,且双基SAR卫星需数颗同等规模的卫星。双基SAR卫星系统存在星间同步链路,因此卫星可扩展性不强。提出了一种基于时间调制的低成本弹性化Ka波段调频连续波(FMCW)SAR小卫星星座系统。该系统基于一组独立、模块化的发射卫星和接收卫星。采用Ka FMCW SAR体制和时间调制天线(TMA)技术,可减轻接收星2/3以上的质量。该系统采用自主任务规划技术,具备多样化的工作模式,为单发多收、多发多收等应用需求提供了一种弹性化的解决方案。
- 2018 Vol. (6): 51-56
| [摘要](15) | [PDF](21)- 星载合成孔径雷达图像的飞机目标检测
- 郭倩,王海鹏,徐丰
- 针对大场景下星载合成孔径雷达(SAR)图像中飞机目标检测问题,提出一种端到端的飞机目标检测算法。先在大场景SAR图像中对机场目标进行粗检测,定位机场区域,再通过精确分割算法获得机场的精细区域。对机场区域中的飞机目标进行检测,采用一种基于Canny算子的边缘检测与卷积神经网络结合的飞机目标检测算法。通过飞机边缘检测、边界框预处理等操作确定潜在飞机目标在机场中的位置范围,采用基于GoogLeNet的卷积神经网络对可疑目标进行鉴别。利用星载合成孔径雷达数据对算法进行验证,证明该方法的有效性与实用性。
- 2018 Vol. (6): 57-64
| [摘要](15) | [PDF](17)- 基于稀疏空间谱估计的星载SAR DBF算法
- 叶沙琳,张永,杨桃丽,李威
- 针对星载合成孔径雷达(SAR)系统利用俯仰向数字波束形成(DBF)技术接收场景回波时受地形的影响,会出现波束指向偏差的问题,提出了基于稀疏空间谱估计的星载SAR数字波束形成方法。该方法将目标场景高程估计问题转换为波达方向估计问题,考虑到回波信号的稀疏性,进而等效为稀疏空间谱估计问题,然后利用凸优化方法求解得到目标波达方向。最后,仿真实验验证了该方法的有效性,结果表明该方法可以降低传统自适应方法受小样本和低信噪比影响的限制,实现复杂地形下的正确波束指向,保证回波信号的接收增益。
- 2018 Vol. (6): 65-70
| [摘要](14) | [PDF](18)- InSAR图像配准雷达几何法处理性能分析
- 路瑞峰,赵迪,侯雨生,陈重华,魏春,陈筠力
- 图像配准是干涉合成孔径雷达(InSAR)信号处理的关键步骤。基于雷达几何的InSAR图像配准方法。利用主辅雷达成像几何和外部数字高程模型(DEM)进行主辅SAR图像配准。基于SAR图像距离多普勒定位方程,系统梳理了配准处理精度的影响因素,对各误差因素的作用机理进行了理论分析,并综合分析了该算法对重复航过和单次航过InSAR系统图像的配准处理性能。仿真结果验证了理论分析方法的有效性。分析结果对我国InSAR地面系统建设和相关卫星指标论证具有重要的支撑作用。
- 2018 Vol. (6): 71-78
| [摘要](16) | [PDF](26)- 一种可用于预白化类空时自适应处理中的阵元误差校正算法
- 方明,李礼,蔡天祥,赵婵娟,于守江
- 在非均匀杂波环境中,预白化类空时自适应处理(STAP)具有较高的收敛速度,可显著提高雷达的杂波抑制性能。但在实际阵列接收系统中,阵元误差的存在会使预白化类STAP性能严重下降。针对此问题,提出了一种基于杂波回波的阵元误差校正算法。该算法首先将阵元误差表示为方位依赖的幅相误差；然后将空间各个方位的主瓣杂波作为校正源,利用其阵列输出协方差矩阵的Toeplitz结构会在阵元误差影响下发生改变的特性,估计相应方位的阵元幅相误差；最后利用估计的幅相误差校正先验协方差矩阵和假定目标的导向矢量。仿真结果表明:当阵列接收系统存在阵元误差时,阵元误差校正算法可明显改善预白化类STAP算法的杂波抑制性能。
- 2018 Vol. (6): 79-86
| [摘要](16) | [PDF](20)- 基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法
- 谢志杰,岳慧,袁黎明,应小俊
- 为了解决目标识别、隐身目标设计等研究领域对雷达图像需求日益增加的问题,提出了一种基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法。该方法利用射线追踪计算每一个射线管的散射电场及其在雷达成像平面的投影坐标,通过将所有射线管的贡献在像域进行累加得到1幅二维雷达图像。通过对不同路径射线的聚类,可实现对散射贡献的分离,从而建立目标部件与强散射源的对应关系,并对复杂目标雷达图像进行解释。给出了Slicy目标的快速雷达图像仿真与算例分析,分析结果表明:基于射线追踪的快速雷达图像仿真方法可对复杂雷达图像进行有效预测,并能对强散射源进行成因分析。
- 2018 Vol. (6): 87-91
| [摘要](11) | [PDF](16)- 基于直升机平台SAR的方位重影抑制方法
- 景国彬,王辉,郑世超,孙光才,邢孟道
- 直升机合成孔径雷达(SAR)已成为遥感领域的重要探测工具。针对平台微小高频振动导致方位重影,造成图像质量降低的问题,提出了一种振动相位补偿算法。首先利用回波录取的几何构型,推导基于直升机振动平台的SAR回波表达式,并引入雅可比-安格尔恒等式,对回波完成一阶贝塞尔级数展开,获得高频振动误差与方位向重影的关系式。然后,从直升机SAR实测数据入手,对方位相位进行差分、提取和快速傅里叶变换,得到振动频点信息,并对频点信息进行反演,得到高频误差相位。最后,利用高频误差相位对原始回波进行补偿,抑制成对回波模糊现象,从而消除方位重影。基于实测数据的成像处理结果验证了所提方法的有效性。
- 2018 Vol. (6): 92-97
| [摘要](11) | [PDF](21)- 考虑电离层对GEOSAR影响的改进CS成像算法
- 王卓群,李亚军,李雁斌,顾网平,李芬
- 地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)轨道位置高且合成孔径时间较长,电离层的空时变化特性严重影响该雷达的聚焦性能。为解决电离层对GEOSAR成像聚焦性能的影响,提出一种改进的chirp scaling (CS)成像算法。结合GEOSAR的轨道运动特点,给出因电离层空时变化引起的回波信号模型,提出了改进CS成像算法用以解决电离层对成像聚焦性能的影响。仿真结果表明:该成像方法能较好地处理电离层影响,可获得理想的聚焦成像结果。该方法为GEOSAR实现高精度成像提供了技术支撑。
- 2018 Vol. (6): 98-102
| [摘要](15) | [PDF](17)- 基于卷积神经网络技术的直升机旋翼谱识别方法
- 王志诚,徐卉,梁小溪,王珺,周起华,朱骏
- 针对直升机雷达回波在时频二维分布图上的分布特性,提出一种基于卷积神经网络技术的直升机旋翼谱识别方法,实现了直升机旋翼谱与其他类型目标的区分,从而有效识别直升机。当雷达工作在低重复频率(LPRF)时,直升机旋翼回波在时频分布图上呈现明显的扩展特征。通过仿真与实测数据分析,表明该特征与其他目标回波在频率维分布特性存在较大差异。利用卷积神经网络中的卷积核技术,将实测数据与卷积核矩阵进行二维卷积运算,依据输出矩阵实现了直升机旋翼谱的识别。利用实际采集的直升机回波数据进行验证,证明该方法是有效的,可应用于各种采用脉冲多普勒工作体制的雷达系统。
- 2018 Vol. (6): 103-111
| [摘要](14) | [PDF](26)- 基于连接点的机载双天线InSAR系统相位偏置估计算法
- 李银伟,夏慧婷,卢护林,王海涛
- 针对在茂密森林或沙漠地区部署地面控制点(GCP)对其进行测量非常困难的问题,提出了一种基于连接点的机载双天线InSAR系统相位偏置估计新算法。基于InSAR原理建立地面高程反演的几何表达式,并根据重叠区域里的连接点高程在两次干涉测高过程中不变的特性建立相位偏置间的线性关系,在用最小二乘法求解相位偏置时,通过对不同的连接点进行加权,使估计出的相位偏置更加准确。对X波段机载双天线InSAR系统获得的实际数据进行处理,结果表明:与传统的算法相比,该算法无需GCP,具有更低的成本和更高的效率,且产生的数字高程模型(DEM)具有相似的精度。
- 2018 Vol. (6): 112-116
| [摘要](15) | [PDF](18)- 一种多通道高隔离度毫米波发射组件的设计
- 沈玮,张理正,秦琨,李振海,陈桂莲
- 随着雷达技术的发展,毫米波单片集成电路技术日趋成熟,小型化、轻量化、多功能的毫米波雷达在国内外得到了深入的研究和应用。为满足毫米波雷达的需求,设计了一种多通道高隔离度毫米波发射组件。采用普通FR4多层板实现电源和控制信号走线,其中功分器芯片、电容、电阻等器件装配在FR4多层板的表层；采用低损耗的Rogers 5880微波板材进行毫米波射频传输。为提高通道间和级联功放间的隔离度,进行金属隔墙处理,以获得更好的物理隔离。通过对腔体进行电磁仿真,使腔体的谐振频率高于工作频带。该组件质量仅为41 g,输出功率不低于35.5 dBm,发射效率大于16%,可应用于毫米波SAR和固态发射机等场景。
- 2018 Vol. (6): 117-121
| [摘要](18) | [PDF](25)- 一种新型铁电移相器材料的第一性原理计算
- 张杨,张良俊,侍述海,姜伟,叶舟,吕宇宙
- 铁电薄膜移相器是基于铁电材料的新型移相器,被广泛应用于相控阵天线中。对于这类移相器组成材料的性能改进一直是雷达系统在军事、航天等领域的研究热点之一。基于第一性原理密度泛函理论,综合分析了ABi2Nb2O9(A=Ba, Pb, Sr, Ca)材料的电子属性、化学键和极化属性。结果表明:这种体系有着类似的铁电性起源；Nb—O和Bi—O间的杂化对于系统的畸变和铁电相的稳定起着重要作用；随着A位离子半径的增大,体系的畸变参数也随之增大,导致材料有更大的自发极化,增强了铁电移相器的性能。实验结果验证了理论计算的正确性,为新型铁电移相器的研发奠定了基础。
- 2018 Vol. (6): 122-128
| [摘要](13) | [PDF](17)
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