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2016年38卷12期

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雷达信号处理专刊序言
保铮
2016, 38(12): 2987-2987.
[摘要](215) [PDF 149KB](333)
摘要:
雷达是一种重要的电磁传感器,在国防和民用领域均有广泛应用。雷达早期的主要任务是防空,主要功能是目标探测和定位,发展至今,雷达具备了成像、识别、干扰抑制等功能,其应用领域、承载平台也得到了广泛扩展。在雷达技术的发展历史中,远程预警、侦察监视、高精度测量、空间目标监视、精确制导、环境遥感等应用需求是重要的牵引力量,相参化、固态化、数字化、阵列化、自适应处理等关键技术的发展起到了重要的推动作用。作为一个多学科交叉的技术领域,雷达技术的发展对信号处理、电磁场与微波、计算机、微电子、控制、机械电子等学科的发展也发挥了重要的推动和牵引作用,相关技术也推广应用于通信、声呐、导航等领域。  在看到发展成绩的同时,还应该看到雷达技术仍有很大发展空间。从满足需求的角度来看,复杂电磁环境、复杂传播环境以及复杂杂波环境下的稳健探测问题还没有有效解决,高超声速平台、无人平台载雷达技术尚不成熟,微弱目标探测技术还有较大差距,高分辨成像及图像信息提取等技术还不能满足应用需求,可信稳健的目标识别能力尚不具备等;从探测性能的角度来看,雷达目标自动检测的性能和人工检测性能尚有差距,雷达能量利用率还有较大提升空间,雷达和目标及环境的自适应匹配能力有待于进一步提高,雷达回波中包含的气象、杂波、干扰及目标等信息没有充分得到挖掘和利用等。当前,计算速度、存储能力不断提高,器件的功率、效率、集成度等指标也日益先进,数据获取能力不断增强,信号处理和机器学习算法的研究也有长足的进步,这些都为雷达技术的深入发展和雷达性能的持续提高打下了良好的基础。  近年来,我国在雷达技术领域有了长足的发展,系统设计能力不断提高,新体制雷达不断研制成功,先进信号处理算法不断应用,和国外先进水平的差距逐渐变小,处于从跟踪研究向引领发展过渡的重要时期。此时,《电子与信息学报》出版雷达技术专辑,较为系统地总结雷达技术的发展成果,对推动雷达技术创新发展,促进学术交流和人才培养,都是一件很有意义的事情。  保铮:男,汉族。中共党员。 雷达技术专家。中国科学院院士。1927年12月生于江苏省南通市。1953年7月毕业于解放军通信工程学院雷达系并留校任教。历任教研室副主任、系主任、副院长。1984~1992年任西安电子科技大学校长。1992~2002年任校学术委员会主任,曾任校学术委顾问,国防科技雷达信号处理重点实验室学术委主任。1991年当选为中国科学院学部委员(院士)。曾任总装备部科学技术委员会顾问,空军科技发展与人才建设顾问,工业和信息化部电子科学技术委员会顾问。  1960年共同主持研制成功我国第一部微波气象雷达。1971年在下放劳动期间发明了埋地电力电缆故障点测定的冲击闪络法,解决了电力部门的一大难题。1974年他领导成立雷达信号处理研究小组(后发展为研究所和国防科技重点实验室),系统地开展了雷达信号处理的理论和实际研究。1976年研制成的数字式动目标显示器,对推动数字技术在国内雷达中的应用起到积极作用。1982年研制成雷达自适应天线旁瓣相消器和动目标检测器。1986年研制成可编程动目标检测器。1990年以来,在机载预警雷达空时二维信号处理、雷达成像和目标识别等方面的研究均取得重大进展。  曾获全国科学大会奖、国家科技进步二、三等奖各1项,部级科技进步一等奖6项。1984年被评为国家级有突出贡献的中青年专家。1988年被授予全国先进教育工作者称号并获五一劳动奖章。1990年被授予全国高校先进科技工作者称号。1992年获光华科技基金特等奖。1999年获何梁何利基金科学与技术进步奖和陕西省教学成果特等奖。  著有《脉冲技术基础》(1964年西北电讯工程学院出版社)等教材。合著有《数字技术在雷达中的应用》(1979年国防工业出版社),《非平稳信号分析与处理》(1998年国防工业出版社),《通信信号处理》(2000年国防工业出版社),《雷达成像技术》(2005年电子工业出版社)等。已培养博士68名,其中有4名博士的学位论文被评为全国百篇优秀博士学位论文。
论文
基于注意循环神经网络模型的雷达高分辨率距离像目标识别
徐彬, 陈渤, 刘宏伟, 金林
2016, 38(12): 2988-2995. doi: 10.11999/JEIT161034
[摘要](272) [PDF 1774KB](406)
摘要:
针对雷达高分辨率距离像(HRRP)数据的识别问题,该文利用HRRP生成的时序特性,提出一种基于循环神经网络的注意模型。该模型利用具有记忆功能的循环神经网络对时域数据进行编码,并根据HRRP中不同距离单元所映射的隐层对目标识别的重要性,自适应地赋予隐层不同的权值系数,并根据隐层特征编码特征进行HRRP目标识别。该模型利用了隐藏在HRRP数据内部的目标结构信息,提高了特征的区分度。实测数据的实验结果表明,该方法可以有效地进行识别,在样本存在一定余度数据和样本偏移的情况下,都能准确地找出目标支撑区域。
基于PGBN模型的SAR图像目标识别方法
郭丹丹, 陈渤, 丛玉来, 文伟
2016, 38(12): 2996-3003. doi: 10.11999/JEIT161068
[摘要](229) [PDF 2388KB](319)
摘要:
特征提取是合成孔径雷达图像目标识别的关键步骤,也是难点之一。该文提出一种基于PGBN(Poisson Gamma Belief Network)模型的SAR图像目标识别方法。PGBN模型作为一种深层贝叶斯生成网络,利用伽马分布具有的高度非线性,从复杂的SAR图像数据中获得了更具结构化的多层特征表示,这种多层特征表示有效提高了SAR图像目标识别性能。为了获得更高的训练效率和识别率,该文进一步采用朴素贝叶斯准则提出了一种对PGBN模型进行分类的方法。实验采用MSTAR的3类目标数据进行了验证,结果表明通过该方法提取的特征有更好的结构信息,对SAR图像目标识别具有较好的性能。
基于知识的海杂波背景下距离扩展目标检测
许述文, 薛健, 水鹏朗
2016, 38(12): 3004-3010. doi: 10.11999/JEIT160905
[摘要](132) [PDF 664KB](282)
摘要:
该文针对在辅助数据有限的情况下自适应检测器出现检测性能损失,提出基于杂波的先验知识分布的距离扩展目标自适应检测算法。复合高斯杂波的纹理和散斑的协方差矩阵分别被建模为服从逆伽玛分布的随机变量和逆复Wishart分布的随机矩阵。利用先验知识推导了纹理分量的最大后验估计,并结合广义似然比检验设计了不依赖辅助数据的距离扩展目标自适应检测器。仿真结果表明,提出的检测器在参数失配条件下具有好的鲁棒性,而且在辅助数据有限情况下检测性能优于传统的广义似然比检测器的检测性能。
适用于子空间信号失配的参数可调多通道自适应检测器
刘维建, 简涛, 杨海峰, 李胜喜, 王欢, 王永良
2016, 38(12): 3011-3017. doi: 10.11999/JEIT161072
[摘要](149) [PDF 648KB](183)
摘要:
针对存在信号失配时的子空间信号检测问题,该文提出一种具有恒虚警特性的参数可调检测器。根据系统设计需要,通过调节参数,参数可调检测器可实现对失配信号的灵活检测。与现有检测器相比,当不存在信号失配时,提出的可调检测器能提供更高的检测概率。该文推导了可调检测器解析的检测概率和虚警概率,并通过蒙特卡洛仿真进行了验证。
基于卷积神经网络的SAR图像目标检测算法
杜兰, 刘彬, 王燕, 刘宏伟, 代慧
2016, 38(12): 3018-3025. doi: 10.11999/JEIT161032
[摘要](495) [PDF 3298KB](829)
摘要:
该文研究了训练样本不足的情况下利用卷积神经网络(Convolutional Neural Network, CNN)对合成孔径雷达(SAR)图像实现目标检测的问题。利用已有的完备数据集来辅助场景复杂且训练样本不足的数据集进行检测。首先用已有的完备数据集训练得到CNN分类模型,用于对候选区域提取网络和目标检测网络做参数初始化;然后利用完备数据集对训练数据集做扩充;最后通过四步训练法得到候选区域提取模型和目标检测模型。实测数据的实验结果证明,所提方法在SAR图像目标检测中可以获得较好的检测效果。
基于多普勒谱优化的HRWS SAR系统通道相位偏差估计算法
王志斌, 刘艳阳, 李真芳, 陈筠力
2016, 38(12): 3026-3033. doi: 10.11999/JEIT161038
[摘要](184) [PDF 4574KB](392)
摘要:
方位多通道SAR系统通过抑制多普勒模糊,能够实现高分辨率和宽测绘带(HRWS)对地观测。针对通道间幅相偏差会导致成像结果中出现目标模糊分量的问题,该文提出一种通道相位偏差估计算法。该算法利用通道间相位偏差会造成多通道重构方位谱在主瓣内展宽的特性,通过优化多谱勒谱能够实现通道相位偏差的有效估计。该算法在通道相位偏差估计前不需要进行多普勒中心估计,减小了由多普勒中心估计不准引入的误差,并且在低信噪比的情况下仍然具有良好的估计性能。基于仿真数据和实测数据的实验验证了该文算法的有效性。
基于频域超分辨的高速目标参数估计算法
王钊, 王鹏毅, 苏卫民, 王玮, 杜冰馨
2016, 38(12): 3034-3041. doi: 10.11999/JEIT160058
[摘要](179) [PDF 609KB](614)
摘要:
针对宽带噪声雷达高速目标探测中参数估计性能与运算复杂度无法兼顾的问题,该文提出一种基于频域超分辨的参数估计算法。该算法通过设置不同固定时延得到多组含有不同相位信息的组合噪声调频信号,并对每组信号进行不含尺度变换的匹配滤波运算,以此来构造多普勒相位差组。根据多普勒相位差组与阵列信号处理的相似性,利用现代谱估计算法得到目标的速度信息,构造多普勒补偿函数进行包含尺度变换的匹配滤波运算估计出目标的距离信息。该算法可以在无需考虑多普勒色散的情况下估计出目标速度,整个运算过程仅需1次时域重构运算;当多普勒相位差组的固定时延及分组数选择合适时,其运算复杂度及参数估计性能皆优于曲面拟合的宽带互模糊函数算法。仿真结果验证了该算法的有效性。
WAS-GMTI模式下基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法
闫贺, 朱岱寅, 张劲东, 王旭东, 李勇, 毛新华, 吴迪
2016, 38(12): 3042-3048. doi: 10.11999/JEIT160859
[摘要](136) [PDF 2046KB](470)
摘要:
该文提出一种基于Relax算法的杂波抑制和参数估计方法。该方法适用于多通道广域监视GMTI系统。在分析广域监视模式回波组成的基础上,结合Relax算法,设计了进行杂波抑制的迭代方法。相对于降维空时自适应处理(STAP),该方法不需要估计杂波加噪声的协方差矩阵,因此可以在非均匀杂波环境下取得较优的杂波抑制效果。该文同时指出,在杂波抑制的基础上,针对存在动目标的距离-多普勒单元继续进行迭代,可实现动目标参数的精确估计。仿真结果验证了上述方法的有效性。
一种基于SAR稀疏采样数据的动目标运动参数估计方法
陈一畅, 张群
2016, 38(12): 3049-3055. doi: 10.11999/JEIT160922
[摘要](151) [PDF 887KB](285)
摘要:
该文针对地面动目标运动参数估计问题进行研究,提出一种利用单天线合成孔径雷达(SAR)稀疏采样数据的动目标2维速度估计方法。首先以目标2维速度为参数构建一个等效参数化模型将动目标回波数据转化为小斜视回波数据,然后利用改进的迭代阈值算法实现不同参数条件下的动目标2维成像,最后以成像结果的图像熵值为优化准则对初始模型参数进行搜索,从而获得准确的动目标运动参数。该方法以稀疏采样数据为输入,可以减少所需数据量,并且能够有效避免多普勒模糊问题,在较低信杂比条件下仍然能够准确估计出目标运动参数。仿真实验结果验证了所提动目标参数估计方法的有效性。
基于贝塞尔函数基信号分解的微动群目标特征提取方法
张群, 何其芳, 罗迎
2016, 38(12): 3056-3062. doi: 10.11999/JEIT161036
[摘要](199) [PDF 402KB](315)
摘要:
微动特征提取是群目标分辨的有效手段,以往针对孤立目标的特征提取技术不再适用。针对此该文提出了一种基于信号分解的微动群目标特征提取方法。首先通过分析微动信号的正弦调频(SFM)形式,推导了SFM信号相位项在k-分辨率贝塞尔函数基上的分解结果;然后根据回波分解结果中微动频率与函数基的一一对应关系进行频率粗略估计,并针对误差产生原因给出了精确的微动频率估计方法;最后在离散信号相位解模糊的基础上,完成各子目标的微动频率提取。仿真实验验证了算法的有效性,且与正弦调频傅里叶变换(SFMFT)算法和平均幅度差函数(AMDF)算法相比具有更高精度。
基于知识辅助的MIMO雷达波形设计方法
关键, 李秀友, 黄勇, 薛永华
2016, 38(12): 3063-3069. doi: 10.11999/JEIT160008
[摘要](195) [PDF 1128KB](439)
摘要:
该文针对雷达系统受到天线主瓣和副瓣杂波以及强干扰影响时性能下降问题,提出基于距离扩展目标和杂波先验信息的MIMO雷达波形设计方法。首先建立了目标函数,综合考虑了波束主瓣增益、旁瓣杂波抑制能力以及目标输出SCNR的改善性能;然后在优化问题求解中对约束条件进行松弛,使得波形矩阵空域和时域2维解耦合,从而实现空域波束形成和时域波形设计独立优化求解;其次利用L-BFGS算法设计恒模的发射波形矩阵,形成低副瓣的波束方向图和较深的强杂波抑制凹口,并基于目标输出SCNR最大化准则,利用迭代算法分步求解优化的主瓣发射波形和接收滤波器;最后通过电磁仿真的距离扩展目标数据验证所提算法的有效性。
基于俯仰频率分集技术的波束形成方法
吴旭姿, 刘峥, 谢荣
2016, 38(12): 3070-3077. doi: 10.11999/JEIT160667
[摘要](127) [PDF 958KB](154)
摘要:
传统频率分集阵列雷达在水平阵元间引入线性频率偏差,其波束在方位维与距离维具有耦合性,且存在栅瓣。针对此问题,该文提出一种基于俯仰频率分集技术的波束形成方法。首先建立俯仰频率分集阵列雷达信号模型,详细分析了发射方向图的时间依赖性和栅瓣特性。然后通过设计接收端的阵元参数,合成无栅瓣的发射-接收方向图。仿真实验验证了所提方法的有效性,所得波束在距离维与方位维无耦合,且主瓣宽度较窄。
基于稀疏时频分解的盲波束形成算法
陈沛, 赵拥军, 刘成城
2016, 38(12): 3078-3084. doi: 10.11999/JEIT160995
[摘要](155) [PDF 300KB](292)
摘要:
针对现有盲波束形成算法通用性差,所需采样数据量大等问题,该文提出一种基于稀疏时频分解的盲波束形成算法。算法首先将传统的短时傅里叶变换转化为稀疏重构问题,利用交替分裂Bregman算法进行迭代求解。然后利用对各阵元的接收信号进行稀疏时频分解的结果,结合聚类和不确定集方法,实现导向矢量的最优估计。最后利用MVDR算法获得最优权矢量。该算法无需利用信号统计特性,实现了高效的盲波束形成。仿真实验结果表明,该算法所需数据量小,迭代步骤易于工程实现,较现有盲波束形成算法输出性能更优,适用范围更广。
一种新的干涉相位图局部自适应滤波方法
薛海伟, 冯大政
2016, 38(12): 3085-3092. doi: 10.11999/JEIT161013
[摘要](124) [PDF 12063KB](276)
摘要:
为了有效提高对InSAR干涉相位噪声的抑制性能并充分保持干涉相位图细节信息,该文提出一种基于局部地形相位补偿和各向异性高斯滤波函数(AGF)的自适应复相位滤波方法。该方法首先利用局部频率估计方法补偿地形相位,以便于消除局部地形相位对滤波窗口内干涉相位的不利影响。然后,构造了尺度和方向自适应的AGF,并对同分布样本进行局部加权的方向滤波。这里,AGF尺度随相干系数等级自适应变化:在低相干区域,采用的大尺度AGF能够充分地抑制相位噪声;在高相干区域,采用的小尺度AGF能更好地保持相位细节信息。AGF方向根据最大加权相干积累准则确定,以选取同分布的滤波样本估计中心像素相位值。实验结果表明,与多种滤波方法相比,该文方法在减少干涉相位图残点和保持条纹边缘等方面均具有更好的性能。
基于分数阶傅里叶变换的窄带雷达飞机目标回波特征提取方法
杜兰, 史蕙若, 李林森, 孙永光, 胡靖
2016, 38(12): 3093-3099. doi: 10.11999/JEIT161035
[摘要](166) [PDF 394KB](250)
摘要:
该文研究了常规窄带雷达体制下,利用分数阶傅里叶变换扩展特征域,从而解决直升机、螺旋桨飞机和喷气式飞机3类飞机目标回波分类中的特征提取问题。在现代战场中,直升机、螺旋桨飞机和喷气式飞机具有不同的机动性能,并各自承担着重要的任务。因此,实现这3类飞机的分类具有重大的意义。该文针对3类飞机目标分类的传统特征数目少,包含信息量有限,导致分类性能不够好的问题,基于现有的特征提取方法引入分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform, FrFT),在经过FrFT后的分数域提取3类飞机目标回波的分数阶特征,弥补传统特征的不足。并利用线性相关向量机(Relevance Vector Machine, RVM)的特征选择功能对提取的分数阶特征进行特征选择并分类。基于仿真和实测数据的实验结果证明该文提出的分数阶特征的分类性能较传统时域、多普勒域特征有较大提升。
一种基于空域滤波的空间临近相干源角度估计方法
郑轶松, 陈伯孝, 杨明磊
2016, 38(12): 3100-3106. doi: 10.11999/JEIT160882
[摘要](164) [PDF 888KB](264)
摘要:
相干源常见于存在多径的场景,如何解相干历来是阵列信号处理领域亟待解决的难题之一,特别针对空间临近相干源,其角度估计精度尚有待提高。针对空间临近相干源该文提出一种基于空域滤波的角度估计方法。首先利用空域滤波技术将多个相干源分离,再对滤波分离后的各个信号分别进行角度估计,并通过对滤波器系数和相干源角度的迭代优化提高测角精度。针对非均匀线阵,该方法采用虚拟阵列技术扩展其适用范围。计算机仿真结果表明该方法的测角精度较现有方法更高,信噪比较高时其测角的均方根误差可达克拉美罗界,验证了该方法的有效性和在空间临近相干源场景的优越性。
可控测角精度和范围的数字阵列单脉冲和差波束优化
马晓峰, 沈爱松, 盛卫星, 韩玉兵, 张仁李
2016, 38(12): 3107-3113. doi: 10.11999/JEIT160873
[摘要](134) [PDF 287KB](205)
摘要:
针对大角度覆盖范围目标快速定位以及机动目标精确角度跟踪的需要,该文提出一种基于可控测角精度和范围的数字阵列单脉冲和差波束迭代快速优化算法。算法可以根据期望的测角精度或期望测角区间,以函数形式给出修正的期望和差波束方向图主瓣区域,然后采用所提出的快速区域加权方向图综合算法闭式优化得到和差波束方向图。该算法通过迭代优化可以在给定输入信噪比和测角精度需求的前提下,最大化单脉冲角度估计的有效测角区间,或者在给定的测角范围内,最优化测角精度。
基于多伯努利概率假设密度的扩展目标跟踪方法
李文娟, 顾红, 苏卫民
2016, 38(12): 3114-3121. doi: 10.11999/JEIT160372
[摘要](151) [PDF 596KB](295)
摘要:
高分辨率雷达系统中,扩展目标一般会产生多个量测。现有随机有限集(RFS) 类算法一般假定扩展目标的量测数目服从泊松分布,然而这个假设与实际情况不符。针对这一问题,该文提出一种多伯努利扩展目标概率假设密度(MB-ET-PHD)跟踪算法。该算法首先假设扩展目标的量测数目服从多伯努利分布,然后通过有限集统计(FISST)理论的多目标微积分推导得到校正等式,最后给出了高斯混合(GM)框架的仿真结果。仿真结果表明该算法能够获得比泊松ET-PHD算法更好的跟踪性能。
变波门大斜视滑动聚束SAR成像关键技术分析
聂鑫
2016, 38(12): 3122-3128. doi: 10.11999/JEIT160812
[摘要](165) [PDF 3211KB](273)
摘要:
大斜视高分辨率SAR成像中,改变开启波门的操作可以在保证距离测绘带宽度的情况下减小录取回波的数据率,滑动聚束的扫描模式可以在保证高分辨率的情况下扩大方位场景范围。但是变波门后只能获得交错的距离徙动曲线,而滑动聚束的扫描方式容易引起方位模糊。该文研究了变波门大斜视滑动聚束模式下SAR成像的关键技术,提出分子孔径升采样的解模糊算法以及基于空域波束分割的二级极坐标格式算法(PFA),将对波门变化的补偿融入运动补偿处理的过程中,通过先波束分割后子图像拼接的方法突破了PFA平面波前的近似对成像场景尺寸的限制,显著扩大了传统PFA的有效成像场景范围,使其适用于大斜视滑动聚束模式下的大场景成像。实测数据处理表明了算法对大场景变波门数据的有效性。
基于随机调频步进信号的高分辨ISAR成像方法
吕明久, 李少东, 杨军, 马晓岩
2016, 38(12): 3129-3136. doi: 10.11999/JEIT160177
[摘要](143) [PDF 1868KB](328)
摘要:
为充分利用随机调频步进逆合成孔径雷达回波所具有的联合稀疏特征,提高成像性能,该文提出一种基于分布式压缩感知理论的随机调频步进逆合成孔径雷达高分辨成像方法。首先构建随机调频步进信号回波的联合稀疏表示模型,并完成子脉冲的脉冲压缩处理;其次,基于每组子脉冲的随机方式(组与组之间的随机方式不同),构建相应的随机量测矩阵,获取回波的压缩感知信号模型,并利用分布式压缩感知理论实现距离向联合高分辨重构;最后结合回波在方位向的稀疏性,采用快速稀疏重构算法实现方位向高分辨成像。理论分析和仿真结果表明由于充分利用了随机调频步进信号回波的随机性与联合稀疏特征,所提出方法具有重构精度高、距离向采样率低、抗噪性能强等特点。
一种基于坐标轴旋转的俯冲段大斜视SAR波数域成像算法
董祺, 邢孟道, 李震宇, 孙光才
2016, 38(12): 3137-3143. doi: 10.11999/JEIT160784
[摘要](138) [PDF 2561KB](257)
摘要:
由于机动平台成像的复杂性,常规SAR成像方法无法直接应用于俯冲模式下的大斜视成像处理。针对此问题,该文详细分析了俯冲段几何成像模型以及大斜视成像支撑区选择问题,提出一种基于坐标轴旋转的俯冲段大斜视SAR波数域成像算法。该算法根据部分孔径数据提出波数域聚焦处理,并通过坐标轴旋转实现频谱的高利用率,在有效避免了位置域聚焦的大量补零的前提下,保障了成像分辨率,提高了处理效率。仿真和实测数据处理验证了所提算法的有效性。
一种空间微动目标宽带雷达干涉三维成像方法
陈春晖, 张群, 罗迎, 孙玉雪
2016, 38(12): 3144-3151. doi: 10.11999/JEIT161025
[摘要](136) [PDF 511KB](213)
摘要:
空间微动目标3维成像在目标特征信息感知方面具有优势,对于实施空间目标成像、分类、识别等任务具有重要现实意义。据此,该文针对L型天线阵列成像系统,提出一种基于改进的粒子群优化的空间微动目标宽带雷达干涉式3维成像方法。首先,分析了目标回波信号的微多普勒特性,建立参数化表征模型。其次,基于所提优化算法重构各天线回波信号的微多普勒相位项,通过对各回波信号相位项的干涉处理,获得干涉相位差,并推导干涉相位差与目标空间坐标的关系,从而重构真实3维坐标,获得微动目标3维图像。相较于已有方法,所提方法基于干涉式成像思想,在无遮挡和有遮挡效应的条件下,均可重构微动目标真实空间坐标和3维图像,并且具有较好的鲁棒性。最后,仿真计算验证了该方法的有效性。
高轨星机BiSAR分辨率分析及成像参数优化设计
刘文康, 孙光才, 陈溅来, 邢孟道
2016, 38(12): 3152-3158. doi: 10.11999/JEIT160656
[摘要](125) [PDF 1671KB](235)
摘要:
高轨SAR具有覆盖范围广,重访时间短的优势。但是如果采用高轨SAR卫星同时作为发射机和接收机,不能充分发挥高轨SAR的这些优点。采用飞机或低轨卫星作为接收机平台不但能够更灵活地针对目标区域成像,而且分辨率也将大大提高。但是星机双基SAR(BiSAR)的几何构型复杂,难以直观地获知任意几何构型BiSAR的分辨率特性。该文从BiSAR基平面分辨率出发,根据几何构型得到基平面分辨率与地平面分辨率之间的几何关系,解析地表示出了BiSAR在地平面上的分辨率形状。据此可以评估BiSAR系统的分辨力,并且能够通过优化设计系统带宽和合成孔径时间两个参数使得BiSAR系统能够实现更好的分辨率特性。最后,仿真结果验证了方法的有效性。
基于运动补偿的弹载前斜视SAR成像算法
张延, 张林让, 唐世阳
2016, 38(12): 3159-3165. doi: 10.11999/JEIT161006
[摘要](121) [PDF 617KB](250)
摘要:
曲线轨迹下的弹载合成孔径雷达(SAR)前视成像算法校正了方位时不变运动误差,忽略了时变运动误差,造成成像质量下降。针对这一问题,该文提出一种基于运动补偿的前斜视成像算法。首先将加速度分解成前向加速度和径向加速度,然后将径向加速度分解为成像平面内的加速度和垂直于成像平面的加速度,经过分析可知,对成像质量起决定作用的是成像平面内的加速度,该文通过矢量方法将其补偿。此外,对于加速度带来的较大的距离徙动,通过级数反演法求出信号的2维频谱,然后结合非线性频调变标(NCS)算法进行校正,取得了良好的效果。最后通过仿真实验证明了所提算法的有效性。
基于方位空变斜距模型的大斜视机动平台波数域SAR成像算法
董祺, 杨泽民, 李震宇, 孙光才, 邢孟道
2016, 38(12): 3166-3173. doi: 10.11999/JEIT160785
[摘要](120) [PDF 1814KB](238)
摘要:
由于加速度的存在,非线性轨迹的大斜视机动平台的SAR成像是一个亟待研究的问题。传统的斜距模型一般没有考虑加速度带来的点目标方位空变,在加速度存在的情况下难以获得良好的聚焦效果。为了解决加速度带来的影响,该文提出一种带加速度的非线性轨迹的方位空变模型,在此基础上提出一种大斜视波数域成像算法,通过空变滤波函数去除加速度带来的方位调频率变化和多普勒中心空变。 最后通过误差分析证明了所提方位空变模型的有效性,并通过仿真对比实验结果证明了所提成像算法的有效性。
基于椭圆模型与改进NLCS的一站固定式大基线双站SAR成像算法
钟华, 胡剑, 张松, 孙闽红
2016, 38(12): 3174-3181. doi: 10.11999/JEIT161016
[摘要](157) [PDF 695KB](251)
摘要:
在一站固定式双站SAR成像处理中,该文针对距离-方位2维空变描述不够准确导致成像性能迅速下降的问题,提出一种新的椭圆模型精确描述一站固定式大基线双站SAR的距离-方位空变特性,并基于此推导了改进的非线性调频变标(NLCS)成像算法。在距离向,首先利用相位去斜完成距离去走动和多普勒中心矫正,接着对剩余距离单元徙动和距离方位高次耦合项进行了去除处理。在方位向,根据一站固定式双站SAR的2维空变特性,提出了一种用于描述回波距离-方位空变特性的椭圆模型,基于该模型对空变的回波方位调频率进行了分析,并重新推导NLCS算法的方位变标函数和方位压缩系数。理论分析与仿真结果证明,所提出的模型不仅揭示了一站固定式大基线双站SAR数据的2维空变特性,而且对回波的距离-方位空变给出了更精确的解析式描述,使得基于该模型改进的NLCS算法可以获得更好的成像处理效果。
多站ISAR空间目标姿态估计方法
周叶剑, 张磊, 王虹现, 邢孟道, 牛威
2016, 38(12): 3182-3188. doi: 10.11999/JEIT160603
[摘要](109) [PDF 1516KB](310)
摘要:
该文提出一种基于多站逆合成孔径雷达(ISAR)序列成像的空间目标姿态估计方法。方法提取各帧ISAR图像中目标的典型线性结构,结合目标轨道信息实现关键部件姿态估计。该文建立了较为稳健的空间目标ISAR几何结构分析流程,采用Radon变换对太阳能翼、平板天线等线性结构进行提取和关联,继而估计典型线性结构在距离-多普勒成像平面的姿态角变化,同时利用卫星轨道信息获得ISAR距离-多普勒投影矩阵进行线性结构的3维姿态解算,最终实现典型部件姿态的优化求解估计。仿真实验验证了所提算法可有效实现空间目标典型部件的姿态估计,同时利用多站ISAR观测数据可有效提升算法的估计精度。
冲激噪声环境下基于最大相关熵准则的双基地 MIMO雷达目标参数联合估计算法
李丽, 邱天爽
2016, 38(12): 3189-3196. doi: 10.11999/JEIT160022
[摘要](138) [PDF 370KB](295)
摘要:
该文采用最大相关熵准则(MCC)对平行因子分析算法中基于三线性最小二乘(TALS)迭代准则的目标函数进行了修正,推导出适用于脉冲噪声环境的韧性平行因子分析(PARAllel FACtor, PARAFAC)算法(MCC- PARAFAC算法),并将该方法应用于双基地MIMO雷达系统目标参数估计中。MCC-PARAFAC算法能够抑制脉冲噪声的影响,具有较好的估计性能,并且能够实现自动配对。仿真实验验证了算法的有效性。
基于最大似然法的天波超视距雷达相位解污染算法
2016, 38(12): 3197-3204. doi: 10.11999/JEIT160041
[摘要](226) [PDF 935KB](292)
摘要:
电离层解相位污染是天波超视距雷达信号处理的关键技术之一。由于模型的不准确性和电离层的复杂性,已有算法在污染较大时大多精度不高。该文提出一种基于最大似然法的相位解污染算法。该算法将信号建模为相位多项式,通过最大化似然函数来实现污染相位的估计。为了避免最大似然法中的矩阵求逆运算,该文进一步将最大似然问题转化为最小二乘问题,利用遗传算法求解相位系数。仿真结果表明,与传统算法比较,该文算法具有以下优点:相比HRR算法和CED算法,该文算法精度更高,校正后的信号频谱更加尖锐;在相位污染较大的情况下,该文算法仍具有较高的精度,有利于目标信息的提取;该文算法采用高阶多项式,避免分段处理和矩阵求逆,简化了运算。
阵列米波雷达测高方法及性能分析
赵永波, 霍炯, 朱玉堂, 刘宏伟, 何学辉
2016, 38(12): 3205-3211. doi: 10.11999/JEIT161075
[摘要](138) [PDF 299KB](196)
摘要:
米波雷达在反隐身和抗反辐射导弹等方面有着独特的优势,在现代防空体系中,发挥着举足轻重的作用。但多径信号的存在,往往对米波雷达测高带来困难。该文紧密结合阵列米波雷达特点,在阵列多径信号模型基础上,总结和归纳了以传统最大似然(ML)算法为基础的3种米波雷达测高方法:基于时空级联ML算法的测高方法;基于改进的时空级联ML算法的测高方法;基于精确最大似然(RML)算法的测高方法。对这些方法进行了理论性能分析,梳理了3种方法之间的相互关系,并对理论分析结果进行了计算机仿真实验,最后给出一些有意义的结论。
干扰条件下MIMO雷达收发联合方向图优化设计
王玉玺, 黄国策, 李伟
2016, 38(12): 3212-3218. doi: 10.11999/JEIT160002
[摘要](162) [PDF 822KB](321)
摘要:
针对干扰条件下MIMO雷达面临的信号截获以及干扰源快速移动等问题,对雷达收发方向图进行优化设计。在发射端利用最小积分旁瓣准则对发射波束矩阵进行优化,将发射信号能量集中到目标空域,降低旁瓣并在干扰方向形成发射零陷;在接收端利用广义对角加载方法优化接收方向图,在提高信号接收稳健性的同时展宽零陷。通过对MIMO雷达收发方向图进行联合优化设计,解决了信号被截获及快速移动的有源干扰等问题,从收发两端共同提高雷达整体性能。通过实验仿真对比分析,验证了所提方法的可行性和有效性。
一种用于多目标定位的MIMO雷达快速功率分配算法
冯涵哲, 严俊坤, 刘宏伟
2016, 38(12): 3219-3223. doi: 10.11999/JEIT160981
[摘要](181) [PDF 369KB](203)
摘要:
为了满足实际需求,该文提出一种用于多目标定位的功率分配算法,实现MIMO雷达有限功率的快速优化分配。该文首先给出了多目标定位误差的克拉美罗下界,并将其作为代价函数进行功率分配。而后,设计了一种可应用于多目标定位功率分配的交替全局优化算法,通过搜索Pareto解集来实现功率的快速分配。最后,仿真结果表明,所提的算法能快速实现MIMO雷达有限功率的优化分配,明显提升多目标定位精度。
基于随机矩阵理论和最小描述长度的机载前视阵雷达杂波自由度估计
李海, 刘新龙, 蒋婷, 吴仁彪
2016, 38(12): 3224-3229. doi: 10.11999/JEIT160132
[摘要](233) [PDF 918KB](321)
摘要:
有限训练样本时,总体协方差矩阵特征谱的严重扩展使得机载前视阵雷达杂波自由度估计困难。该文提出一种前视阵杂波自由度估计方法,该方法利用随机矩阵理论(Random Matrix Theory, RMT)中特征值统计分布特性建立参数化的概率模型,结合最小描述长度(Minimum Description Length, MDL)准则关于信源检测的思想估计杂波自由度。该方法能够在有限训练样下实现杂波自由度的有效估计,仿真结果验证了方法的有效性。
机载外辐射源雷达空时处理中距离徙动校正算法研究
杨鹏程, 吕晓德, 张丹, 柴致海
2016, 38(12): 3230-3237. doi: 10.11999/JEIT160954
[摘要](167) [PDF 398KB](226)
摘要:
空时处理是实现机载外辐射源雷达杂波抑制和目标能量积累的有效手段。然而,外辐射源雷达目标信号微弱,需要在长相干处理时间(CPI)下进行空时处理,以提高目标信噪比。长CPI下,目标将出现距离徙动,造成积累增益损失,降低系统威力。针对上述问题,该文根据外辐射源雷达特点,提出将Keystone变换与3DT-SAP算法有机结合的距离徙动校正算法。该算法计算效率高,具有实时处理的潜力,能在抑制杂波的同时校正距离徙动,且校正过程信号能量损失小。仿真表明,该算法能充分抑制杂波,且对不同速度、不同强弱的目标进行有效的距离徙动校正,是一种高效、高性能的机载外辐射雷达距离徙动校正算法。
基于非平稳性和极化相干系数比的PolSAR图像建筑物检测
范庆辉, 慕建君, 项德良, 宋文青
2016, 38(12): 3238-3244. doi: 10.11999/JEIT161000
[摘要](156) [PDF 9052KB](419)
摘要:
为了提高全极化合成孔径雷达(PolSAR)图像中城区建筑物的检测精度,该文提出一种基于人造目标散射非平稳性和极化相干系数比的建筑物检测新方法。该方法首先对PolSAR图像进行滤波和方位向时频分解,得到多个子孔径图像,然后结合方位向非平稳性检测和极化相干系数比来判断某个像素是否为建筑物。该文通过引入一种新的极化相干系数比从而使获取的建筑物检测结果优于传统非平稳性检测方法,能够有效去除具有布拉格散射的自然地物虚警从而提高检测精度。星载和机载PolSAR数据实验结果验证了该方法的有效性。
高分辨率机载InSAR高程距离向空变误差定标方法
洪峻, 曾友兵, 王宇
2016, 38(12): 3245-3251. doi: 10.11999/JEIT160021
[摘要](209) [PDF 2027KB](279)
摘要:
高分辨率机载干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)是获取高精度数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)的重要手段之一。由于主副天线距离向相位方向图存在差异等原因,导致干涉相位偏差沿距离向变化,而传统的干涉定标方法将干涉相位偏差视为常数进行定标,无法消除干涉相位沿距离向变化的误差,因此使得定标后反演得到的高程存在距离向空变误差。针对该问题,该文提出一种单独将干涉相位偏差沿视角进行多项式拟合的定标方法。最后,利用一组机载实测数据对该方法加以验证,实验结果表明,该方法能有效地解决高分辨率机载InSAR高程测量距离向误差的空变问题。
基于Level-II数据和模糊逻辑推理的气象雷达风电场杂波检测与识别方法
何炜琨, 郭双双, 王晓亮, 吴仁彪
2016, 38(12): 3252-3260. doi: 10.11999/JEIT161031
[摘要](140) [PDF 16603KB](190)
摘要:
风电场杂波具有强散射性和由于其叶片旋转导致的频谱展宽特性,其雷达回波很难用传统的杂波滤波器滤除,进而导致气象目标探测过程中的误检测与误识别,这是影响新一代气象雷达探测性能的一个重要因素。该文通过分析风电场杂波区别于气象目标的回波特性,基于气象雷达二次产品(Level-II)实测数据选取某些特征参量,通过构造特征量的概率分布直方图和1维值域分布确定用于识别风电场杂波的各个特征量的隶属度函数,并设置相应的逻辑规则,利用模糊逻辑推理系统(FIS)实现风电场杂波的自适应检测与识别。通过采集几组典型的Level-II数据对所提方法进行测试与验证,均较为准确地识别出存在于气象雷达视野内的风电场杂波,实验结果证明了该文算法的可靠性。
对海雷达目标识别中全极化HRRP的特征提取与选择
范学满, 胡生亮, 贺静波
2016, 38(12): 3261-3268. doi: 10.11999/JEIT160722
[摘要](169) [PDF 699KB](304)
摘要:
充分、有效地利用目标全极化HRRP的特征信息是提高对海雷达目标识别率的研究热点之一。该文利用CST软件仿真建立了7类海上目标在不同方位角下的全极化HRRP数据库。在此基础上,提取了4类共39个特征。提出一种基于归一化互信息(NMI)并利用模拟退火(SA)算法进行优化的全局最优特征选择算法,并命名为NMI-SA。基于HRRP数据集以及9个UCI数据集,利用k-近邻分类器将该算法与另外3种常用的特征选择算法进行对比,结果表明新算法选择的特征具有良好的可分性和较低的冗余度,最终用于分类时的正确率总体优于其余3种算法。最后,用该算法对全极化HRRP的39个特征进行重点分析,选择出25个辨别力强、冗余度低的特征。
大型稀疏阵列天基雷达系统分析
潘洁, 李道京, 周建卫, 卢晓春
2016, 38(12): 3269-3274. doi: 10.11999/JEIT160672
[摘要](245) [PDF 459KB](368)
摘要:
天基雷达可以在全球范围内实现运动目标探测和对地高分辨率成像。该文研究了天基雷达系统问题,基于大型稀疏阵列天线,论述了天基雷达的技术体制和关键技术,设计了基于稀疏阵列的MEO轨道X波段天基雷达系统参数并分析了其系统性能,为天基雷达的技术实现提供了一种新的途径。
联合时频分布和压缩感知对抗频谱弥散干扰
卢云龙, 李明, 曹润清, 王泽玉, 陈洪猛
2016, 38(12): 3275-3281. doi: 10.11999/JEIT160919
[摘要](147) [PDF 1107KB](333)
摘要:
频谱弥散(SMSP)干扰是一种专门对抗线性调频脉冲雷达的有源欺骗干扰。针对SMSP干扰的抑制问题,该文根据该干扰的时频分布特性,提出一种联合时频分布和压缩感知的干扰抑制算法。该方法通过在时频域丢弃SMSP干扰信号,保留属于目标信号的时频点,并根据保留的时频点与雷达回波频谱间的线性关系,建立压缩感知最小问题求解模型并利用正交匹配追踪方法重构目标信号,实现对SMSP干扰的抑制。Monte Carlo仿真结果验证了该方法的有效性。
一种基于封闭均匀区域的SAR图像配准方法
苏娟, 李彬, 王延钊
2016, 38(12): 3282-3288. doi: 10.11999/JEIT160141
[摘要](157) [PDF 6006KB](308)
摘要:
为克服图像间灰度差异、旋转差异和尺度差异对SAR图像配准精度的影响,该文利用均匀区域在SAR图像中的灰度统计特性,提出一种基于稳定封闭均匀区域的SAR图像配准算法。首先基于多尺度非线性扩散理论,提取得到轮廓保持性较好的封闭均匀区域;然后构建具有仿射不变性的区域特征,采取基于多边形拟合的区域粗匹配方法和基于重合度的区域精匹配方法,实现由粗至精的区域匹配;最后用匹配区域的质心点构建图像变换模型。实验结果表明,该算法配准精度高,能有效克服待配准图像之间的灰度差异、旋转差异和尺度差异,对噪声具有较好的适应性。
综述评论
极化SAR图像目标分解方法的研究进展
张腊梅, 段宝龙, 邹斌
2016, 38(12): 3289-3297. doi: 10.11999/JEIT160992
[摘要](191) [PDF 250KB](543)
摘要:
极化合成孔径雷达(极化SAR)经过近几年的迅速发展,已经成为遥感领域的一大研究热点。极化目标分解作为极化SAR图像分析的一种基本手段,所提取的极化信息是极化SAR图像目标检测和分类的基础,在极化SAR图像解译中起着关键作用。通过对近几年极化目标分解方法的发展作一个全面的阐述,重点介绍该领域出现的新技术,使相关研究人员能够更清晰地了解这一领域的最新进展。
机载预警雷达技术及信号处理方法综述
张良, 祝欢, 杨予昊, 吴涛
2016, 38(12): 3298-3306. doi: 10.11999/JEIT161007
[摘要](245) [PDF 1730KB](408)
摘要:
机载预警雷达及其信号处理技术经历了巨大的发展,但也面临着隐身目标、非均匀杂波、复杂电磁环境、目标的识别和多种作战任务的严峻挑战。该文回顾了机载预警雷达及其信号处理技术的发展历程,分析了机载预警雷达面临的反隐身、反干扰、反杂波和目标识别方面的挑战,在此基础上提出了机载预警雷达体制正向数字化、宽带化、协同化、智能化和多功能一体化演变的趋势,最后分析了3D-STAP, MIMO-STAP、宽带检测、认知抗干扰等关键技术,有望对下一代机载预警雷达的研制发挥一定的指导意义。

1979年创刊 月刊

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主管单位:中国科学院

主办单位:中国科学院电子学研究所
国家自然科学基金委员会信息科学部

主  编:吴一戎

ISSN 1009-5896  CN 11-4494/TN

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