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一种基于分布式孔径的雷达通信一体化波形设计方法

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雷达学报（中英文） 2023年第2期12卷 297-311页

作者：刘柳梁兴东李焱磊曾致远唐海波中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

雷达通信一体化波形设计是近年来的研究热点。基于紧凑式阵列的一体化波形支持多方向目标探测和多用户通信,但面对主瓣内同方向不同距离的干扰和窃听行为时,存在抗主瓣干扰能力差、通信信息泄露等问题。因此,该文提出了一种基于分布式... 详细信息

雷达通信一体化波形设计是近年来的研究热点。基于紧凑式阵列的一体化波形支持多方向目标探测和多用户通信,但面对主瓣内同方向不同距离的干扰和窃听行为时,存在抗主瓣干扰能力差、通信信息泄露等问题。因此,该文提出了一种基于分布式孔径的雷达通信一体化波形设计方法以操控波形在三维空间的分布。首先,根据近场信号传播模型建立波形合成约束,在指定位置合成所需的雷达和通信波形。然后,对各个子孔径增加恒模约束,构建以最小化发射功率为准则的一体化波形优化模型。由于模型的非凸性,采用交替投影算法进行迭代求解。仿真结果表明,该文所提方法在雷达目标和通信目标位置同时合成了期望波形,实现了三维空间波形操控。

关键词：雷达通信一体化分布式孔径三维空间操控波形合成恒模约束

基于滤波器组多载波交错梳状谱的雷达通信一体化信号技术

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电子与信息学报 2023年第12期45卷 4361-4370页

作者：陈军张沂东王杰梁兴东陈龙永李焱磊南京信息工程大学电子与信息工程学院南京210044 中国科学院空天信息创新研究院北京100190 微波成像技术国家级重点实验室北京100190

雷达通信一体化是在实现无线通信的同时实现目标探测,以减小电磁干扰,提高频谱利用率。信号设计是雷达通信一体化技术实现的关键。由于常见的基于正交频分复用(OFDM)的雷达通信一体化信号存在频偏敏感和带外辐射过高的问题,不适用于高... 详细信息

雷达通信一体化是在实现无线通信的同时实现目标探测,以减小电磁干扰,提高频谱利用率。信号设计是雷达通信一体化技术实现的关键。由于常见的基于正交频分复用(OFDM)的雷达通信一体化信号存在频偏敏感和带外辐射过高的问题,不适用于高动态应用场景。考虑到滤波器组多载波(FBMC)信号具有高多普勒容限和低带外泄露的优点,该文在FBMC框架下,通过优化雷达通信子载波时频位置,提出了一种FBMC梳状谱雷达通信一体化信号设计方法。由于FBMC信号载波间与符号间存在固有干扰,因此信道估计不准确且不适应快时变信道,因此该文设计了一种交错梳状辅助导频结构,消除固有干扰的同时实现信道跟踪。此外,一体化信号中雷达复信号会对通信信号引入实干扰,该文提出了一种基于干扰利用的实干扰补偿算法,将实干扰用于通信信号还原。仿真结果表明,在快时变信道下,该文所设计的雷达通信一体化信号在进行高数据率传输过程中具有较低的误码率,且具有较好的雷达探测性能。

关键词：雷达通信一体化滤波器组多载波技术交错梳状谱信道估计误码率

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面向雷达通信频谱共享的一体化信号研究综述

信号处理 2022年第11期38卷 2248-2264页

作者：王杰梁兴东陈龙永李焱磊南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 中国科学院空天信息创新研究院北京100190 中国科学院大学北京100049

随着全球信息化建设的深入推进,频谱资源稀缺问题日益凸显。军民之间、业务之间、国家之间等多方争夺无线频谱资源的态势已基本形成。其中,雷达与无线通信之间的频谱竞争最为激烈。在此背景下,面向雷达与通信共享频谱的一体化信号引起... 详细信息

随着全球信息化建设的深入推进,频谱资源稀缺问题日益凸显。军民之间、业务之间、国家之间等多方争夺无线频谱资源的态势已基本形成。其中,雷达与无线通信之间的频谱竞争最为激烈。在此背景下,面向雷达与通信共享频谱的一体化信号引起了学术界和工业界的广泛关注。本文剖析了雷达通信一体化信号研究历程及其走向多维调制的发展趋势,从理论上指明了传统一体化信号的局限性以及一体化多维信号的本质优势,从技术上拓展、挖掘和利用了新自由度,并设计了物理可实现的一体化多维信号方案,从仿真和试验上完成了典型场景的一体化多维信号性能测试。本文尝试为未来雷达通信一体化信号研究指明方向,更期望为我国今后应对频谱资源高度紧缺、频谱竞争异常激烈、用频需求飞速增长和频谱利用率低下等矛盾提供理论和技术积累。

关键词：雷达通信一体化信号频谱共享失配滤波正交频分复用多载波滤波器组

基于卷积注意力和胶囊网络的SAR少样本目标识别方法

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中国科学院大学学报（中英文） 2022年第6期39卷 783-792页

作者：霍鑫怡李焱磊陈龙永张福博孙巍中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家重点实验室北京100094 中国科学院大学北京100049

合成孔径雷达(SAR)目标识别在军事和民用领域都具有重要的研究价值。但由于SAR数据获取成本高、样本数目少,传统的卷积神经网络提取目标特征的能力不足,准确率低下。提出结合卷积注意力和胶囊网络的分类模型,利用胶囊网络中的多维向量... 详细信息

合成孔径雷达(SAR)目标识别在军事和民用领域都具有重要的研究价值。但由于SAR数据获取成本高、样本数目少,传统的卷积神经网络提取目标特征的能力不足,准确率低下。提出结合卷积注意力和胶囊网络的分类模型,利用胶囊网络中的多维向量神经元表示目标更多的特征;同时,考虑到少样本情况下目标特征信息缺乏,为提高神经网络的学习效率,对胶囊网络加入注意力机制,通过学习不同特征的重要程度,引导分类网络重点关注对分类结果贡献大的特征,弱化对分类结果贡献小的特征,提高神经网络的学习效率。针对MSTAR数据集和实测车辆数据集的实验结果表明,该算法的准确率高于传统的卷积神经网络和胶囊网络算法。

关键词：合成孔径雷达 SAR少样本目标识别胶囊网络卷积神经网络卷积注意力机制目标检测

基于时延-多普勒联合调制的雷达通信一体化技术研究

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信号处理 2023年第6期39卷 1047-1059页

作者：王杰马海兰梁兴东李焱磊陈龙永南京信息工程大学电子信息工程学院江苏南京210044 中国科学院空天信息创新研究院北京100190 微波成像技术国家级重点实验室北京100190

随着5G乃至未来6G无线通信技术的发展,电磁频谱环境日趋拥堵,通信中的“频谱稀缺”问题越来越严重。为了发掘额外的频谱资源,无线通信频段正积极扩张,逐步与雷达工作频段重合,导致越来越严重的雷达通信互干扰。鉴于此,部分学者提出了雷... 详细信息

随着5G乃至未来6G无线通信技术的发展,电磁频谱环境日趋拥堵,通信中的“频谱稀缺”问题越来越严重。为了发掘额外的频谱资源,无线通信频段正积极扩张,逐步与雷达工作频段重合,导致越来越严重的雷达通信互干扰。鉴于此,部分学者提出了雷达通信一体化信号的解决思路,用于实现雷达和通信共享频谱资源。然而,从理论上讲,传统时频编码信号无法兼顾雷达和通信性能,更无法胜任高动态应用场景。因此,本文绕开时频维度,提出在时延-多普勒域进行一体化设计的思路和方法,并通过多站协同的雷达体制大幅降低了雷达所需时频资源。最后,本文推导了定位与测速克拉美-罗下界(Cramer-Rao Lower Bounds,CRLB)。通过理论分析和仿真实验可知,本文方法可在高动态场景下有效兼顾优良雷达探测性能和高速无线通信性能。

关键词：雷达通信一体化时延-多普勒联合调制信号设计信号处理克拉美-罗下界

基于滤波器组多载波梳状谱的雷达通信一体化信号技术

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信号处理 2022年第11期38卷 2308-2319页

作者：王杰裴泽琳陈军梁兴东李焱磊陈龙永南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 中国科学院空天信息创新研究院北京100190 微波成像技术国家级重点实验室北京100190

源于频谱利用率高、抗多径衰落能力强、子载波调制灵活等优点,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是当前主流的雷达通信一体化信号备选技术之一。但是该技术存在多普勒敏感、带外辐射强、峰均比较大等缺点... 详细信息

源于频谱利用率高、抗多径衰落能力强、子载波调制灵活等优点,正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是当前主流的雷达通信一体化信号备选技术之一。但是该技术存在多普勒敏感、带外辐射强、峰均比较大等缺点。与之相比,滤波器组多载波(Filter-bank multicarrier,FBMC)带外辐射低、多普勒容限高、不需要循环前缀(Cyclic Prefix,CP),具备更高的应用价值。为此,本文基于FBMC框架,从子载波复用角度提出了兼具高速无线通信和chirp优良模糊函数的梳状谱信号技术,并进一步设计了融合辅助导频和干扰利用的前导序列,解决了FBMC通信信道估计中固有的虚部干扰问题。最后,在应对快时变信道时,本文联合前导序列和离散的梳状chirp谱,在完成高性能雷达探测的同时,保障了高速无线通信性能。仿真实验有效验证了技术可行性。

关键词：雷达通信一体化信号 FBMC梳状谱高多普勒辅助导频干扰利用

基于几何约束移动最小二乘的TomoSAR山区点云高精度三维重建方法

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雷达学报（中英文） 2022年第3期11卷 373-385页

作者：李晓婉梁兴东张福博刘云龙李焱磊郭其昌万阳良卜祥玺中国科学院空天信息创新研究院微波成像技术国家级重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种先进的山区三维重建技术手段。然而,TomoSAR点云存在着较强烈的高程向定位误差,给高精度的山区三维重建带来了挑战。针对这个问题,该文提出了一种基于几何约束移动最小二乘(MLS)的高精度TomoSAR山区点... 详细信息

层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种先进的山区三维重建技术手段。然而,TomoSAR点云存在着较强烈的高程向定位误差,给高精度的山区三维重建带来了挑战。针对这个问题,该文提出了一种基于几何约束移动最小二乘(MLS)的高精度TomoSAR山区点云三维重建方法。该方法不仅具有传统MLS基于局部子空间思想进行复杂曲面结构拟合的优势,还可以充分地利用TomoSAR点云高程随地距单调递增的特点进行重建误差修正。首先,将点云投影到新的方位-地距-高程坐标系。然后,使用所提的基于迭代求解的几何约束MLS进行高程向定位误差修正。最后,通过投影变换得到山区三维重建结果。仿真和实测的机载阵列TomoSAR山区数据以及AW3D30 DSM数据和1:10000 DEM数据,验证了该文方法的有效性,同时表明了机载阵列TomoSAR用于山区高精度三维重建等应用的可行性和优越性。

关键词：三维重建层析合成孔径雷达点云山区几何约束移动最小二乘

基于体散射约束的极化SAR相干变化检测方法

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电子与信息学报 2018年第10期40卷 2461-2469页

作者：冀广宇梁兴东董勇伟李焱磊中国科学院电子学研究所微波成像技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

相干变化检测(CCD)利用场景中变化区域的失相干特性进行检测,而场景中存在的体散射植被区域及低信噪比区域也呈现低相干特性,对待检测变化区域形成干扰。该文提出一种极化SAR CCD方法,首先利用变化前后SAR图像间的极化相干信息建立加权... 详细信息

相干变化检测(CCD)利用场景中变化区域的失相干特性进行检测,而场景中存在的体散射植被区域及低信噪比区域也呈现低相干特性,对待检测变化区域形成干扰。该文提出一种极化SAR CCD方法,首先利用变化前后SAR图像间的极化相干信息建立加权迹相干统计量,然后利用各个SAR图像内极化通道间的相干信息,通过建立混合GEV分布模型,采用改进EM算法求解各分量参数,建立体散射约束项,最后结合散射功率变化约束项构建极化CCD检验统计量。该方法可在不影响检测性能情况下排除干扰。该文采用变化前后的两幅L波段全极化SAR图像进行方法验证,实验结果及指标参数验证了该方法的正确性与有效性。

关键词：极化合成孔径雷达相干变化检测极化相干信息体散射 EM算法

一种基于概率图模型的多时相SAR相干变化检测方法

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电子与信息学报 2017年第12期39卷 2912-2920页

作者：冀广宇董勇伟李焱磊梁兴东中国科学院电子学研究所微波成像技术重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049

相干变化检测(CCD)利用重轨SAR数据对场景中表现为低相干特性的变化区域具有良好的检测性能,然而场景中诸如植被、阴影、强散射旁瓣、低散射等区域也呈现低相干特性,对检测结果造成干扰,尤其在高波段SAR CCD中,对检测效果影响更加明显... 详细信息

相干变化检测(CCD)利用重轨SAR数据对场景中表现为低相干特性的变化区域具有良好的检测性能,然而场景中诸如植被、阴影、强散射旁瓣、低散射等区域也呈现低相干特性,对检测结果造成干扰,尤其在高波段SAR CCD中,对检测效果影响更加明显。该文利用多时相SAR数据形成的相干变化差异图像(CCD图像)建立概率图模型,提出一种多时相CCD处理方法。该方法以多时相CCD图像作为观测量,通过选取合适的参与处理图像数量及优化场景中变化区域的分类,计算目标变化区域的后验概率,可有效减小低相干干扰区域造成的影响。仿真和实测数据结果验证了该方法的正确性和有效性。

关键词：重轨合成孔径雷达相干变化检测多时相概率图模型后验概率