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基于稀疏贝叶斯学习的双基雷达关联成像

电子与信息学报 2019年第12期41卷 2865-2872页

作者：李瑞张群苏令华梁佳罗迎空军工程大学信息与导航学院西安710077 复旦大学波散射与遥感信息国家教育部重点实验室上海200433

双基雷达具有隐蔽性高、抗干扰性能强等优点,在现代电子战中发挥重要作用。基于雷达关联成像原理,该文研究运动目标双基雷达关联成像问题。首先,针对采用均匀线性阵列作为收发天线的双基雷达系统,在发射随机频率调制信号条件下,分析运... 详细信息

双基雷达具有隐蔽性高、抗干扰性能强等优点,在现代电子战中发挥重要作用。基于雷达关联成像原理,该文研究运动目标双基雷达关联成像问题。首先,针对采用均匀线性阵列作为收发天线的双基雷达系统,在发射随机频率调制信号条件下,分析运动目标雷达回波信号特点,建立双基雷达关联成像参数化稀疏表征模型;其次,针对建立的参数化稀疏表征模型,提出一种基于稀疏贝叶斯学习的迭代关联成像算法。该算法在建立贝叶斯模型基础上,通过贝叶斯推理,得到稀疏重构信号,从而实现对运动目标成像和运动参数的精确估计。最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性。

关键词：双基雷达雷达关联成像稀疏贝叶斯学习参数化稀疏表征

一种基于稀疏重构的多视角MIMO雷达关联成像算法研究

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系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 470-477页

作者：张弓田雨薇袁家雯张宇南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京210016 南京工程学院信息与通信学院江苏南京211167 南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044

为改善复杂目标的成像表现、提升雷达图像的视觉效果,提出一种基于稀疏重构的多视角多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达关联成像方法,设计了多视角雷达散射面积(radar cross section,RCS)起伏的稀疏重构关联成像模... 详细信息

为改善复杂目标的成像表现、提升雷达图像的视觉效果,提出一种基于稀疏重构的多视角多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达关联成像方法,设计了多视角雷达散射面积(radar cross section,RCS)起伏的稀疏重构关联成像模型。所提算法能提高辐射场信号随机性,改善复杂目标雷达关联成像参考信号与回波之间相关性退化的情况,减小多视角RCS起伏对相关性的影响,提升多视角下的关联成像质量。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

关键词：雷达成像多输入多输出雷达关联成像正则化全变差

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构造雷达关联成像随机辐射场的方法分析

光学学报 2017年第8期37卷 150-156页

作者：王靖茹山卓玉张勇北京邮电大学理学院北京100876

关联成像与传统的成像不同,是光学成像领域中一种新的成像体制,实现了探测与成像的分离。关联成像在雷达成像中拥有广阔的应用前景,为雷达成像的发展提供了新的思路。阐述了实现雷达关联成像中随机辐射场的几种方法,并重点分析其中一种... 详细信息

关联成像与传统的成像不同,是光学成像领域中一种新的成像体制,实现了探测与成像的分离。关联成像在雷达成像中拥有广阔的应用前景,为雷达成像的发展提供了新的思路。阐述了实现雷达关联成像中随机辐射场的几种方法,并重点分析其中一种模型。通过改变模型参数,分析了辐射场的变化趋势,研究了信号带宽和目标散射点间距对图像分辨率的影响,研究结果对雷达关联成像系统参数的设置具有一定的参考作用。

关键词：成像系统雷达关联成像量子成像随机辐射场

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雷达关联成像中的阵元位置误差分析

现代雷达 2016年第3期38卷 32-37,42页

作者：徐先武程永强秦玉亮周小利国防科技大学电子科学与工程学院长沙410073

雷达关联成像是一种全新的凝视高分辨成像方法,在军事上有着广阔的应用前景。文中针对阵列雷达普遍存在的阵元位置误差问题,建立了存在阵元位置误差下的雷达关联成像模型,得到了泰勒展开下目标回波与阵元位置误差的线性关系;推导了存在... 详细信息

雷达关联成像是一种全新的凝视高分辨成像方法,在军事上有着广阔的应用前景。文中针对阵列雷达普遍存在的阵元位置误差问题,建立了存在阵元位置误差下的雷达关联成像模型,得到了泰勒展开下目标回波与阵元位置误差的线性关系;推导了存在阵元位置误差条件下雷达关联成像的理论误差限,准确预测了阵元个数、信号带宽、成像单元尺寸和数目、目标散射系数和散射中心数目对成像误差的影响。研究结果为雷达关联成像系统参数的设置以及阵元位置误差补偿提供了一定的参考和依据。

关键词：阵列雷达雷达关联成像阵元位置误差克拉美罗下界

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模型失配下的雷达关联成像方法研究

现代雷达 2017年第12期39卷 42-47页

作者：曹凯程范波周小利程永强秦玉亮国防科技大学电子科学学院长沙410073

雷达关联成像是一种新的凝视高分辨率成像方法,其成像方式要求对参考矩阵进行精确地推演,然而模型失配误差会导致参考矩阵推演失真,从而降低成像质量。针对雷达关联成像的模型失配误差问题,推导了存在多种误差下的雷达信号表达式,建立... 详细信息

雷达关联成像是一种新的凝视高分辨率成像方法,其成像方式要求对参考矩阵进行精确地推演,然而模型失配误差会导致参考矩阵推演失真,从而降低成像质量。针对雷达关联成像的模型失配误差问题,推导了存在多种误差下的雷达信号表达式,建立了模型失配下的雷达关联成像数学模型,并采用呈高斯分布的误差矩阵来描述多种模型误差对参考矩阵造成的扰动。针对模型失配下的雷达关联成像,提出了基于稀疏整体最小二乘法与稀疏贝叶斯学习算法的成像算法,并通过仿真实验分析了其成像性能以及模型失配误差对两种算法成像质量的影响。

关键词：雷达关联成像模型失配稀疏整体最小二乘法稀疏贝叶斯学习法

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低信噪比下的雷达关联成像技术研究

低信噪比下的雷达关联成像技术研究

作者：戴强国防科学技术大学

学位级别：硕士

雷达关联成像是一种新颖的凝视高分辨成像方法,其在低信噪比条件下的成像算法是一个难点问题,具有重要的理论意义和工程实践价值。本文围绕正在组建的雷达关联成像实验系统,建立了噪声条件下的雷达关联成像模型,分析了成像误差影响因素... 详细信息

雷达关联成像是一种新颖的凝视高分辨成像方法,其在低信噪比条件下的成像算法是一个难点问题,具有重要的理论意义和工程实践价值。本文围绕正在组建的雷达关联成像实验系统,建立了噪声条件下的雷达关联成像模型,分析了成像误差影响因素和实验系统噪声环境,研究了低信噪比下对静止目标和运动目标的脉冲积累方法,为实验系统在低信噪比条件下实现对目标准确重构提供了理论参考和方法指导。第一章系统介绍了雷达关联成像的课题背景和研究意义,阐述了雷达关联成像的产生和发展历程,介绍了本文的工作和结构安排。第二章阐述了雷达关联成像的基本理论。首先介绍了雷达关联成像的基本原理,分析了雷达阵列发射的随机调制信号的时间相关性和空间相关性,然后推演了目标所在平面的空时二维随机辐射场,最后分析了理想条件下通过参数化关联成像方法获得目标图像的可行性。第三章分析了噪声条件下的雷达关联成像误差。首先建立了噪声条件下雷达关联成像的参数化模型,通过理论推导得出参数估计误差与接收信号的信噪比、发射信号带宽、目标散射点个数以及回波时延等因素有关,通过仿真实验验证了以上观点的正确性。最后结合系统参数分析了发射通道和接收通道的噪声水平,为稀疏重构算法提供了噪声先验。第四章研究了低信噪比下的雷达关联成像算法。首先分析了稀疏重构算法对低信噪比下雷达关联成像的适用性,然后针对静止目标分析了相参积累的效果,仿真结果和理论推导结果吻合,最后提出了对运动目标的非相参积累方法,解释了脉冲积累没有获得信噪比增益的原因,一定数量的脉冲积累可以提高目标重构质量。最后对全文进行了总结,并提出了下一步的研究方向。

关键词：雷达关联成像低信噪比稀疏重构成像误差相参积累非相参积累

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模型失配的雷达关联成像方法研究

模型失配的雷达关联成像方法研究

作者：曹凯程国防科技大学

学位级别：硕士

雷达关联成像是一种新的凝视高分辨成像体制,通过对电磁波波前进行随机调制,构造时空二维随机辐射场,将目标回波与随机辐射场进行关联处理,实现对波束内目标信息的提取与解耦。在关联成像过程中,需要对辐射场参考矩阵进行准确推演,然而... 详细信息

雷达关联成像是一种新的凝视高分辨成像体制,通过对电磁波波前进行随机调制,构造时空二维随机辐射场,将目标回波与随机辐射场进行关联处理,实现对波束内目标信息的提取与解耦。在关联成像过程中,需要对辐射场参考矩阵进行准确推演,然而多种未知的模型误差的存在会使推演变得不准确,造成模型失配,进而影响成像质量。本文针对模型失配的雷达关联成像进行研究,分析了模型失配对成像的影响并提出相应的成像算法,使雷达关联成像在多种模型误差扰动下依然能够保持较高的成像质量,为解决实际场景中成像问题提供了理论支撑。雷达关联成像通过对整个成像过程建立精确的数学模型来推演辐射场参考信号,进而进行关联成像处理。多种模型误差的存在会使已有的成像模型不再准确,造成模型失配。本文首先推导了存在多种误差时的信号表达式,并采用干扰矩阵来表示模型误差对参考矩阵造成的扰动,从而建立起了模型失配下的雷达关联成像数学模型。利用概率论与随机信号分析理论,得出干扰矩阵的元素服从复高斯独立同分布的结论,并通过仿真实验进行了验证。基于此结论,推导了模型失配下目标成像误差的约束克拉美罗下限(CCRB)。目前雷达关联成像针对较为理想的点稀疏目标进行的研究较多,所提算法的成像性能也较高,然而模型失配问题会降低已有算法的成像质量。本文将模型失配下的点稀疏目标成像问题归纳为稀疏整体最小二乘问题。在干扰矩阵方差已知的情况下,采用广义高斯分布对目标稀疏先验信息进行建模,推导出基于散射系数最大后验概率估计的目标函数,并采用TLS-FOCUSS算法对目标函数进行求解;在干扰矩阵方差未知的情况下,将干扰矩阵视为待求解的未知变量,得到基于散射系数与干扰矩阵的最大后验概率估计的正则化目标函数,提出范数比法(Norm-ratio Method)来选择最佳的正则化参数,进而提出了R-FOCUSS算法;同样在干扰矩阵方差未知的情况下,采用高斯分布对目标稀疏先验信息进行建模,利用期望最大化(EM)算法求解散射系数方差—超参数,利用MU-SBL算法迭代求解目标散射系数均值、方差以及干扰矩阵。最后通过仿真实验验证了所提算法的有效性,分析了所提算法在不同系统参数和成像条件下的成像性能。雷达关联成像过程需要对成像区域进行网格划分。实际目标的散射点在成像网格上可能并不是点状稀疏分布的,而是呈块状聚集分布,此时的目标称为块稀疏目标。针对模型失配下的块稀疏目标成像问题,本文利用稀疏度这一指标定量表征目标散射点的稀疏程度,分析了块稀疏目标对已有稀疏类重构算法的影响。采用对目标的边缘信息具有良好保持特性的TV正则化约束作为求解约束项,提出了模型失配下块稀疏目标成像的目标函数;基于增广Lagrangian乘子法和交替求解思想提出了TV-TLS算法。最后通过仿真实验证明了TV-TLS算法对均匀块稀疏目标、点稀疏目标以及复杂块稀疏目标均具有良好的成像效果,分析了所提算法在不同系统参数和成像条件下的成像性能。本文最后总结了主要工作和创新点,并指出了后续研究方向。

关键词：雷达关联成像模型失配整体最小二乘 FOCUSS 稀疏贝叶斯学习总变分正则化

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存在阵元位置误差下的雷达关联成像研究

存在阵元位置误差下的雷达关联成像研究

作者：徐先武国防科学技术大学

学位级别：硕士

雷达关联成像借鉴光学关联成像原理,基于波前调制超分辨思想,采用阵列雷达发射特定调制的信号在空间形成具有差异性分布的辐射场,利用不同目标处散射回波的差异性实现超分辨成像。相比传统雷达,雷达关联成像不依赖于目标与雷达的相对运... 详细信息

雷达关联成像借鉴光学关联成像原理,基于波前调制超分辨思想,采用阵列雷达发射特定调制的信号在空间形成具有差异性分布的辐射场,利用不同目标处散射回波的差异性实现超分辨成像。相比传统雷达,雷达关联成像不依赖于目标与雷达的相对运动,具有凝视、超分辨等特点。然而,雷达关联成像需要精确已知的参考信号,因此对信号模型等系统参数的准确度要求高。当存在阵列误差、网格失配等误差时,都会造成参考信号不准确而引起模型失配,影响成像性能。阵元位置误差普遍存在阵列雷达中,本文围绕雷达关联成像中阵元位置误差影响和校正补偿,开展了如下工作:第一章为绪论。首先,概述了传统雷达的特点,指出了其发展瓶颈。其次,介绍了雷达关联成像的技术背景和研究现状,指出了其特点和发展潜力。最后,阐述了阵元位置误差的研究现状,总结了其研究的基本方法。第二章为雷达关联成像理论。首先,从辐射场产生和关联处理出发,阐述了雷达关联成像的原理,得到了其数学模型。其次,总结了三种基本成像算法,并结合数值仿真给出了相应分析。最后,指出了雷达关联成像在实际应用中存在的问题。第三章为阵元位置误差分析。首先,结合仿真分析了阵元位置误差对三种成像算法的影响。其次,建立了存在阵元位置误差下的雷达关联成像模型。最后,结合CRLB(Cramer-Rao lower bound)仿真分析了不同系统设置下阵元位置误差对雷达关联成像的影响。第四章为阵元位置误差的校正补偿。首先,提出了辅助目标校正法,验证了其有效性,同时指出了其高信噪比与辅助物高精度要求。其次,提出了迭代补偿和等效补偿两种补偿方法,分别验证了算法的有效性、分析了算法的基本性能、总结了算法的基本特点。最后对全文进行总结与展望。归纳了本文成果,指出了下一步研究工作并探讨了雷达关联成像的发展趋势。

关键词：雷达关联成像随机辐射场阵元位置误差校正补偿交替迭代稀疏重构模型失配

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基于轨道角动量的雷达关联成像技术研究

电子设计工程 2018年第6期26卷 109-113,119页

作者：陈亚南董晓龙中国科学院国家空间科学中心北京100190 中国科学院大学北京100190

对携带有轨道角动量的涡旋电磁场在雷达关联成像中的应用进行了研究。根据涡旋电磁场的幅度中空特征选择了雷达侧视成像体制,建立了基于轨道角动量的雷达关联成像模型,利用最小二乘算法进行成像。仿真结果表明,同参数下与传统信号的成... 详细信息

对携带有轨道角动量的涡旋电磁场在雷达关联成像中的应用进行了研究。根据涡旋电磁场的幅度中空特征选择了雷达侧视成像体制,建立了基于轨道角动量的雷达关联成像模型,利用最小二乘算法进行成像。仿真结果表明,同参数下与传统信号的成像分辨率相比,涡旋电磁场将分辨率提高了1.8倍。对成像结果进行评价:由于涡旋电磁场幅度的圆对称以及中空结构特征,对成像分辨率的提升能力有一定限制。随着信噪比的增加,均方根误差会有一定减小。信噪比从-20 dB增加到20 dB时,均方根误差从27 dB降低到21 dB。

关键词：轨道角动量涡旋电磁场雷达关联成像最小二乘法均方根误差