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信号处理 2019年第06期杂志 文档列表

信号处理杂志论文与技术报告

一种强杂波环境下雷达目标微振动信号提取方法935-943

摘要：基于宽带雷达的微振动测量是典型非接触式振动测量手段之一,具有可穿透障碍物、全天候工作的优势,在公路/铁路桥梁安全性监测、生命体征测量、目标识别等多个领域发挥重要作用。典型的雷达测振模型基于回波相位调制模型,即目标回波的相位变化线性依赖于目标振动。当目标位于强杂波环境中时,目标微振动对回波相位的调制程度减弱,容易被系统相位噪声淹没,因而难以高精确提取。为解决这一问题,本文提出一种基于慢时间差分共轭相乘的目标微振动信号提取方法,首先对目标复高分辨一维像作慢时间差分;然后差分结果与当前时刻目标像共轭相乘,取其实部;最后对上一步结果作积分得到目标上的微振动信号。该方法适用于强静止杂波环境下无宏观运动目标上的微振动信号高精度提取。

FDA-MIMO雷达非自适应波束形成抗主瓣欺骗式干扰研究944-950

摘要：频率分集阵( frequency diverse array, FDA )雷达通过在发射阵元间引入微小的频率步进量,具有额外的距离维可控自由度。通过结合多输入多输出( multiple-input and multiple-output,MIMO )技术,可在接收端分离发射波形,并获得距离角度耦合的发射导向矢量,增加了信号处理的灵活性。本文针对主瓣欺骗式干扰抑制问题,在FDA-MIMO 雷达体制中提出了一种基于非自适应波束形成的抗干扰方法,通过选择合适的频率步进量,使欺骗式假目标位于波束形成方向图的零点,从而实现对其的抑制。仿真实验验证了所提方法的有效性。

基于全极化的相参雷达迁飞昆虫观测951-957

摘要：昆虫雷达是迁飞昆虫监测的重要工具。传统昆虫雷达是非相参体制,距离分辨率低,采用旋转极化方式,测量效率低。本文介绍了一种基于全极化的相参雷达系统,该系统工作在Ku频段,采用同时全极化体制,可同时测量目标HH、HV、VH、VV极化回波,采用调频步进频波形,合成信号带宽800MHz,距离分辨率高达0.2m。雷达采用单目标校准技术,利用金属球和倾斜的金属丝作为定标体进行极化校准;采用基于散射矩阵的昆虫朝向提取方法,从昆虫主特征值向量中提取朝向;采用基于相位调制的振翅频率提取方法,通过对目标振翅回波的相位进行傅里叶分析提取昆虫振翅频率。通过外场实验,验证了雷达极化校准的有效性以及测量昆虫朝向和振翅频率的能力。

合成孔径雷达子孔径相位定标方法分析958-964

摘要：斜距定标技术是获取高精度SAR ( Synthetic Aperture Radar )图像的重要环节之一。传统斜距定标方法通过POS ( Position and Orientation System )数据和地面控制点坐标对斜距进行测量,对POS系统的精度有很高的依赖性,且需要获取地面控制点的精确位置信息。为降低斜距定标对POS精度与地面控制点位置精度的要求,该文提出了一种基于子孔径相位的定标方法,通过构建基于SAR子孔径相位的测角模型,利用Cramer-Rao界定量分析其测角精度,并给出了子孔径相位的测距定标模型与精度分析。文章最后分析了子孔径相位定标方法的优势。

基于LTE信号的小目标回波相参积累:目标散射建模与影响分析965-971

摘要：长时间的信号积累是提高微弱慢速小目标探测的一种有效方法,但积累时间长,目标回波会发生越距离单元和多普勒单元走动,相参积累困难。本文对基于LTE信号的小目标探测问题开展研究,引入目标散射空变性,建立了基于LTE通信体制的系统回波模型;在此基础上,分析了目标回波距离走动和多普走动特性,提出了基于keystone变换和分数阶傅里叶变换(FRFT)的回波相参积累技术;基于典型目标散射模型,分析了目标散射特性对积累效果的影响,并在典型系统条件下开展了仿真实验,验证了所提算法和分析的有效性。

特征选择与深度学习相结合的极化SAR图像分类972-978

摘要：给出了一种特征选择与深度学习相结合的极化合成孔径雷达(polarimetricsyntheticapertureradar,PolSAR)图像有监督分类算法。该算法首先根据极化SAR图像数据以及目标分解获取原始特征参数集,然后利用随机森林(RandomForest,RF)方法对特征参数集进行重要性评估,并根据特征重要性排名选择最优极化特征。以最优极化特征为输入,通过卷积神经网络(convolutionalneuralnetwork,CNN)学习多层特征信息,再利用训练好的网络模型对极化SAR图像进行分类。利用美国AIRSAR机载系统采集的实测数据进行实验,并同已有经典有监督分类算法进行比较,结果表明本文算法能够选取有效的极化特征,最终得到较为准确的分类效果。

分布式雷达节点位置优化的多约束遗传算法研究979-985

摘要：分布式雷达是近年来国内外广泛关注的一种新体制雷达,具有机动性强、成本低、可靠性高等优点。但是由于分布式雷达节点的稀疏布置,容易产生栅瓣、高旁瓣等问题,严重影响雷达系统性能。本文基于多约束遗传算法提出了一种分布式雷达节点位置优化方法。该方法首先基于约束最小间距对节点位置进行实值映射编码,并对遗传算法的种群进行初始化,然后对种群进行先增广后收缩的选择处理,再根据自适应概率进行交叉和变异处理,最后经迭代实现分布式雷达节点位置的优化设计。该方法不仅能够有效抑制系统栅瓣,还能够满足多约束需求显著降低系统旁瓣电平。与已有方法相比,该方法简单易行、全局搜索能力强。通过仿真验证了所提方法的有效性和稳健性。

基于结构化稀疏表达的高分辨率光学遥感图像的船只检测986-993

摘要：为克服近岸船只检测中复杂港内背景干扰和基于深度学习算法的大视场光学遥感图像标注工作量大的困难,本文提出了基于小样本集的结构化稀疏表达方法来实现近岸船只检测的算法。构建由近岸船只目标,背景干扰信息和误差矩阵等三部分子字典组成的结构化稀疏表达字典,经小样本集的字典训练过程生成判别性稀疏编码。首先将多方向近岸船只目标样本与港内复杂背景信息样本经过HOG特征提取和PCA分析对原子进行初始化,然后使用K-SVD和LASSO算法对字典进行训练。在字典中引入误差矩阵对样本的类内差异进行表示,增强了稀疏编码的判别能力和系统鲁棒性。最后提出船只目标区域提取的置信度计算方法,对生成的结构化稀疏编码进行判别,提取船只目标区域,实现船只检测。通过对不同尺寸字典模型、引入误差矩阵前后的结构化稀疏表达模型进行实验,实验结果表明提出的引入误差矩阵的结构化稀疏表达方法的有效性,以及在小样本集下比现有技术方法具有更好的检测性能。

前向散射雷达海面目标探测信号建模与分析994-1001

摘要：无人装备的兴起对当前海上防御造成了重大挑战,传统雷达成本高、系统复杂;前向散射雷达(FSR)具有结构简单、功耗小、成本低等优点,通过组网可以实现对海面要地目标大范围的探测监视。海浪的起伏变化和多径干扰会对海面目标的回波特性产生非常大的影响,本文分别给出了海浪起伏和多径干扰下目标的FSR回波信号模型,然后通过仿真实验对两种模型下目标的回波特性进行了比较,最终确定了多径干扰是低风速海浪下影响海面目标回波信号的最关键因素。

信号处理杂志算法研究

基于短时分数阶傅里叶变换的间歇采样转发干扰辨识方法1002-1010

摘要：基于数字射频存储的间歇采样转发干扰能够形成大量同时兼具压制和欺骗效果的假目标,难以被传统方法准确检测与识别。本文针对切片组合干扰和频谱弥散干扰这两种典型间歇采样转发干扰样式,提出一种基于短时分数阶傅里叶变换的干扰辨识方法。该方法首先通过角度遍历选取干扰信号的分数阶变换最优旋转角度;之后通过短时分数阶傅里叶变换,获得接收信号时频分布图像;再对时频图像进行二值化操作,提取干扰时频域特征参数,进而对干扰进行有效辨识。仿真结果证实了该方法的有效性与准确性。

一种雷达信号的单样本压缩采样方法1011-1017

摘要：本文提出了一种雷达信号的单样本压缩采样方法。该方法在多相随机子采样FFT的模拟信息转换器(Analog-to-Information Converter,AIC)方案的基础上进行了改进,利用了雷达信号多个连续脉冲相关性较强的特点,提出了一种单样本压缩采样AIC,单个脉冲通过该AIC压缩得到单个样本值,对稀疏信号进行压缩采样。此方法降低了硬件电路复杂度,提高了压缩率,能够实现对雷达目标的位置和速度等参数的准确估计。仿真实验证明了单样本压缩采样方法的有效性。

时空变背景电离层对GEO TomoSAR成像影响分析1018-1024

摘要：地球同步轨道合成孔径雷达层析成像(GEOTomoSAR)是一种将地球同步轨道SAR(GEOSAR)与三维层析成像相结合的技术,它能够克服低轨SAR层析成像中重访时间长、时间去相干严重等缺点,实现对地面场景及时、精确地三维重建。但是由于GEOSAR轨道高,信号能够穿过整个电离层,使得GEOSAR信号时延长,引入严重的相位误差,进而影响GEOTomoSAR三维成像的精度。本文主要从背景电离层对雷达信号传播的影响机理出发,建立了时空变背景电离层影响下的GEOTomoSAR信号模型,进而分析了对三维成像的影响。经过分析,时空变背景电离层对GEOTomoSAR系统的影响主要包括成像目标的相对位置偏移以及高度向成像散焦。最后,通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。

多基地SAR线目标参数反演与图像重建1025-1033

摘要：传统单基地SAR成像系统基于点目标模型且观测视角单一,在对复杂场景成像时存在线目标边缘不连续,特征丢失等现象。针对这一问题,本文提出了一种多基地SAR构型下线目标参数反演与图像重建方法。该方法基于几何模型与散射理论推导了线目标的合成孔径雷达回波的参数化表达式,分析了在不同观测角度下对线目标的SAR成像结果从直线段到两端点反复变化的特点,并从空间谱采样的角度解释了这一现象,在此基础上根据线目标空间谱的特征,提出了一种基于最小二乘估计的多基地构型下线目标参数反演与图像重建方法。仿真实验结果表明,在相同的峰值信噪比条件下,本文提出的多基地SAR线目标参数反演与图像重建方法,相对于单一观测角度的单基地SAR具有更优的反演性能,在SAR图像的峰值信噪比为28dB时,线目标朝向与长度的反演误差在10%以内的概率达到了84%,可以基于反演结果实现图像的重建。

自测速频率跳变合成带宽波形设计及处理算法1034-1040

摘要：合成带宽信号通过脉冲间频率跳变与相干处理,等效地合成大带宽,可获得高距离分辨能力。但是,当目标相对于雷达具有径向运动分量时,径向速度引起的多普勒效应会在回波信号中产生相应的一次相位项和二次相位项,严重影响目标一维高分辨距离像的成像质量。通常雷达需额外发射一组窄带脉冲用来辅助测速,极大浪费雷达资源。本文提出一种自测速频率跳变合成带宽波形设计及处理算法,该算法可以在低信噪比下有效估计目标速度信息,相比于现有算法具有更好的普适性和灵活性。同时,可以通过改变相关参数快捷、灵活地改变波形跳变形式,具有较强的抗干扰能力,蕴藏较大的实用潜力与价值。

基于差异度迭代的极化SAR图像机场跑道检测算法1041-1050

摘要：机场在军事和交通运输领域都有很重要的作用,对它的自动检测具有重大意义。本文提出了一种利用极化SAR ( Polarimetric Synthetic Aperture Radar )图像检测机场跑道的方法。首先,利用SLIC ( Simple linear Iterative Clustering )算法对极化SAR图像进行超像素分割;然后利用新三分量分解和极化散射熵对图像进行粗分类,再利用改进的K均值聚类结合差异度迭代的方法完成精细分类,最后利用跑道的散射特性和几何结构特征从分类结果中提取完整的机场区域。本文采用极化SAR数据进行实验检测,结果表明该方法能有效的检测出机场跑道,并且保持结构完整,边缘细节清晰,虚警率低。

气象雷达超低副瓣失配滤波处理技术研究1051-1056

摘要：在雷达信号处理中,通过匹配滤波进行脉冲压缩可以获得最大化的信噪比,有效地减小了雷达回波中噪声对信号的影响。然而,脉冲压缩的输出具有较高的距离旁瓣,在气象雷达探测中,由于空间分布的散射粒子之间反射强度相差较大,弱散射粒子的回波容易掩没在强散射粒子的旁瓣中,因此有超低旁瓣的需求。本文主要研究了能够降低旁瓣的非线性调频(NLFM)波形和最小积分旁瓣水平(ISL)失配滤波器,分析了多普勒频移对其性能的影响,并在最小ISL滤波器的基础上通过进一步对滤波器系数加权的方法,使得在回波具有多普勒频移的情况下也能达到超低旁瓣的性能。

螺旋轨迹SAR极坐标格式算法研究1057-1063

摘要：螺旋轨迹SAR作为更一般化的CSAR成像模式,减少了平台必须在同一高度平面的限制,提高了平台的机动能力,具有较高的研究价值。用于圆迹合成孔径雷达( Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR )成像的极坐标格式算法( Polar Coordinate format Algorithm, PFA )通过两步相位补偿操作校正了波数二次相位误差,改善了平面波假设带来的成像场景大小限制。由于螺旋轨迹SAR其斜距一直在变化,其波数二次相位变得更加复杂并且难以补偿,本文算法首先对螺旋轨迹SAR回波数据进行距离向对齐,然后基于PFA算法中的两步补偿操作,建立了新的相位补偿函数以及补偿策略,精确补偿了螺旋轨迹几何成像中的波数二次相位误差,获得了较大的有效成像范围。最后,点目标仿真验证了算法的有效性。

基于量子遗传算法的MIMO雷达正交信号波形设计1064-1071

摘要：正交信号波形设计是MIMO雷达领域的研究热点,随着技术的发展,MIMO雷达对正交信号波形的性能要求越来越高。针对现有MIMO雷达正交信号波形互相关峰值较高且算法收敛速度慢的问题,为了提高长序列正交信号波形的性能,本文使用量子遗传算法,将量子计算与遗传算法相结合,进一步降低了波形的互相关峰值,降低了不同目标回波之间的相互干扰,提高了雷达系统的检测性能。仿真试验的结果表明,该方法能有效提高波形的正交性能,并加快了优化的速度。