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阵元失效条件下mimo雷达成像方法研究

雷达科学与技术 2016年第5期14卷 459-465页

作者：陈金立周运李家强朱艳萍南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044 南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044

为了提高天线阵元失效条件下非均匀采样mimo雷达的成像性能,提出了一种基于失效阵元丢失数据重构的mimo雷达成像方法。该方法先对失效阵元丢失的数据上叠加幅度微小的随机扰动量,利用矩阵填充技术恢复成均匀采样整体数据,并采用迭代加... 详细信息

为了提高天线阵元失效条件下非均匀采样mimo雷达的成像性能,提出了一种基于失效阵元丢失数据重构的mimo雷达成像方法。该方法先对失效阵元丢失的数据上叠加幅度微小的随机扰动量,利用矩阵填充技术恢复成均匀采样整体数据,并采用迭代加权lq方法获得低精度的目标场景向量估计值,然后根据该目标场景向量估计值和感知矩阵重构出失效阵元所丢失的回波数据,最后利用矩阵填充和迭代加权lq方法以获得更接近最佳稀疏度的目标场景向量估计值。仿真结果表明,该方法能有效降低天线阵元失效情况下mimo雷达的目标场景向量估计误差,提高目标的三维成像质量。

关键词： mimo雷达成像矩阵填充非均匀采样压缩感知

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局部低秩提升法mimo雷达成像

弹箭与制导学报 2020年第1期40卷 69-72,76页

作者：胡仁荣童宁宁何兴宇陈桥空军工程大学防空反导学院西安710051

为了获得mimo雷达高分辨目标图像,文中深入挖掘成像目标的块稀疏特性。通过引入局部低秩提升算法研究回波信号块局部结构平滑现象,将稀疏回波信号中的连续系数划分为多个2×2维矩阵。借助局部低秩提升函数和对数行列式函数,利用最小优... 详细信息

为了获得mimo雷达高分辨目标图像,文中深入挖掘成像目标的块稀疏特性。通过引入局部低秩提升算法研究回波信号块局部结构平滑现象,将稀疏回波信号中的连续系数划分为多个2×2维矩阵。借助局部低秩提升函数和对数行列式函数,利用最小优化算法实现了对目标信号的稀疏重构,结合其低秩性高效重构出目标像。仿真实验表明,所提方法较传统算法可以得到更高质量的目标像。

关键词： mimo雷达成像块稀疏局部低秩

模式耦合快速求逆稀疏贝叶斯mimo雷达成像

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弹箭与制导学报 2019年第3期39卷 115-118页

作者：胡仁荣童宁宁何兴宇陈桥空军工程大学防空反导学院

mimo雷达成像目标通常具有块稀疏特性,模式耦合稀疏贝叶斯算法能够较好的恢复块稀疏信号,但其主要的缺点是在每次迭代过程中都涉及复杂矩阵求逆。引入快速求逆稀疏贝叶斯算法,建立模式耦合快速求逆稀疏贝叶斯模型,将复杂矩阵求逆转化为... 详细信息

mimo雷达成像目标通常具有块稀疏特性,模式耦合稀疏贝叶斯算法能够较好的恢复块稀疏信号,但其主要的缺点是在每次迭代过程中都涉及复杂矩阵求逆。引入快速求逆稀疏贝叶斯算法,建立模式耦合快速求逆稀疏贝叶斯模型,将复杂矩阵求逆转化为对角矩阵求逆,实现mimo雷达目标快速精确重构。通过仿真对比分析,所提算法较传统贝叶斯算法能大大减少雷达成像时间,且实现目标块区域信息高效恢复。

关键词： mimo雷达成像模式耦合块稀疏快速求逆

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基于压缩感知的地基mimo雷达成像研究

基于压缩感知的地基MIMO雷达成像研究

作者：笪涵贵州师范大学

学位级别：硕士

雷达技术因其可以全天时、全天候、远距离对目标进行探测、跟踪及成像,在军事和民用领域均有广泛的应用。相对于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和实孔径雷达(Real Aperture Radar,RAR)而言,mimo(Multiple-input Multiple-o... 详细信息

雷达技术因其可以全天时、全天候、远距离对目标进行探测、跟踪及成像,在军事和民用领域均有广泛的应用。相对于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)和实孔径雷达(Real Aperture Radar,RAR)而言,mimo(Multiple-input Multiple-output)雷达利用方位向多发多收的多阵元孔径实现目标方位向的高分辨。同时,mimo雷达通过各个发射天线同时辐射相互正交的信号波形,在接收端获得了远远大于收阵元数量的观测信号通道数,因而具备了高分辨能力和高实时性。然而,多收发阵元获得高分辨能力的同时,也带来了巨大的数据处理难度,加之驳杂的环境噪声造成雷达成像精度提升困难。基于此,本文以探索低信噪比下的mimo雷达低复杂度成像算法为研究目标,主要研究内容如下:介绍了压缩感知的数学模型,给出了考虑信号振幅和相位的观测矩阵元素形式。对目前观测矩阵的选择、构造和优化进展做了分析,并给出了评估字典稀疏恢复性能的常用方法。最后,在现有压缩感知数学模型的基础上,介绍了贝叶斯压缩感知的基本理论,指出了算法实现过程中由于迭代运算造成的高复杂度问题。并以此为理论基础,研究后续的低复杂度高性能稀疏重构算法。研究了低信噪比下的mimo雷达成像算法。针对mimo雷达成像过程中环境噪声影响成像精度的问题,设计了一个鲁棒观测矩阵来抑制环境噪声。其优化函数的建立考虑了字典的整体互相干性和观测矩阵的影响,并采用一种基于矩阵分解和主成分分析的交替最小化方案来应对优化函数的非凸性。最后,在贝叶斯框架下,利用雷达回波统计量来寻找雷达图像的最小均方误差估计值,形成一种低信噪比下贝叶斯压缩感知mimo雷达成像算法。仿真结果表明,在噪声环境下,该算法获得了比其他已知算法更好的重构精度。研究了基于贝叶斯压缩感知的mimo雷达低复杂度成像。针对图像重构时由于稀疏表示基的过完备需要考虑高维O(N)问题从而导致计算负荷较大的问题,结合块矩阵反演,采用递归顺序执行算法以降低算法复杂度。同时考虑基矩阵各列之间的相关性,利用梯度下降法推导出一种交替最小化的观测矩阵设计方法,并提出一种自适应步长选择方法以进一步降低复杂度。仿真结果表明,该方法在获得较好雷达图像重构精度的同时,计算复杂度获得了较大改善。

关键词： mimo雷达成像贝叶斯压缩感知鲁棒观测矩阵块矩阵反演梯度下降

二维CZT的稀疏阵列mimo雷达快速极坐标格式成像算法

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空军工程大学学报（自然科学版） 2017年第2期18卷 32-36页

作者：赵小茹童宁宁胡晓伟丁姗姗空军工程大学防空反导学院西安710051

由于极坐标格式算法(PFA)存在运算量大,且聚焦性能受插值精度影响等缺点。为解决该问题,提出一种基于二维Chirp-Z Translation(CZT)的稀疏阵列mimo雷达快速成像算法,引入压缩感知原理,采用CZT变换代替插值运算,借助合适变换参数的选择,... 详细信息

由于极坐标格式算法(PFA)存在运算量大,且聚焦性能受插值精度影响等缺点。为解决该问题,提出一种基于二维Chirp-Z Translation(CZT)的稀疏阵列mimo雷达快速成像算法,引入压缩感知原理,采用CZT变换代替插值运算,借助合适变换参数的选择,一步实现插值-重采样的处理过程。仿真验证表明,随着成像尺寸的变化,所提算法与经典PFA算法运算量的比值在0.22~0.4之间,有效地降低了运算量,同时保持了较低的图像熵,提高了聚焦性能。

关键词： CZT变换极坐标格式算法稀疏阵列 mimo雷达成像

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mimo雷达目标检测及成像技术研究

MIMO雷达目标检测及成像技术研究

作者：周敬权电子科技大学

学位级别：硕士

多输入多输出（Multiple-input Multiple-output，mimo）雷达是一种新体制雷达，利用多天线发射多重探测信号照射目标，并利用多天线接收目标反射的后向散射回波信号。与传统的相控阵雷达相比，mimo雷达可以显著改善参数可辨识性、有更... 详细信息

多输入多输出（Multiple-input Multiple-output，mimo）雷达是一种新体制雷达，利用多天线发射多重探测信号照射目标，并利用多天线接收目标反射的后向散射回波信号。与传统的相控阵雷达相比，mimo雷达可以显著改善参数可辨识性、有更好的分辨率，更高的灵敏度，受到国内外关注。本文的工作背景是以中央高校基金为支撑，研究了mimo雷达参数识别性能、信号检测、参数估计以及成像技术等方面问题，包括以下内容： 1.研究了mimo雷达参数识别性能。通过对mimo雷达系统模型的建立，从理论上推导分析了mimo雷达参数识别性能。 2.研究了基于mimo雷达系统的目标估计与检测的数据独立方法。首先讨论了在不考虑阵列抖动情况下，通过理论分析Capon算法、APES算法以及GLRT算法的具体参数估计能力，并通过仿真证明了Capon能精确的估计目标的角度，但幅度估计存在偏差;APES则正好与Capon算法相反;GLRT算法能很好的消除强干扰的影响。接着讨论了在考虑阵列抖动情况下，本文将鲁棒Capon波束形成（RCB）和双约束鲁棒Capon波束形成（DRCB）方法运用到mimo雷达系统中进行参数估计，理论分析和仿真验证了两种方法都能获得精确的参数估计以及较高的抑制干扰的性能。 3.研究了mimo雷达成像设计。针对基于延时求和（DAS）方法的mimo雷达有着较低分辨率以及有较高的旁瓣等问题，研究了将迭代自适应（IAA）算法应用到mimo雷达中进行静止目标和运动目标成像。首先针对两种情况，分别推导了不同情况下的应用IAA算法的估计目标参数式。接着针对IAA算法在运动目标成像时分辨率不高问题，还研究了一种正则IAA（IAA-R）算法。最后通过两个实验仿真验证了mimo雷达的检测性能更加优于SIMO雷达，并对比了IAA算法与正则算法的检测性能，IAA-R算法要优于IAA算法。 4.研究了mimo雷达稀疏成像设计。针对IAA算法和IAA-R算法有着较高计算复杂度问题，研究了一种基于循环最优的稀疏信号恢复算法，并将其应用mimo雷达中进行成像。通过仿真验证基于mimo雷达三维成像的稀疏信号恢复算法性能;并仿真对比了加权l1范数，IAA算法的性能与该方法之间的性能。

关键词： mimo雷达目标估计与检测 mimo雷达成像稀疏成像

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毫米波mimo雷达近程成像算法研究

毫米波MIMO雷达近程成像算法研究

作者：张琳重庆邮电大学

学位级别：硕士

近年来,恐怖分子活动日益频繁,人流量较大的公共场所往往成为首要目标,因此人体及行李物品的安全检查至关重要。毫米波频段位于微波与远红外波之间,能够完成衣服等遮挡物的穿透并对人体隐匿物品进行探测及成像。此外,其非电离性的性质,... 详细信息

近年来,恐怖分子活动日益频繁,人流量较大的公共场所往往成为首要目标,因此人体及行李物品的安全检查至关重要。毫米波频段位于微波与远红外波之间,能够完成衣服等遮挡物的穿透并对人体隐匿物品进行探测及成像。此外,其非电离性的性质,对被测人员及工作人员的健康也更有保障。毫米波的上述优点使其成像技术在民用安防领域具有广阔的应用前景,但现有设备大多存在天线阵元较多、设备体积庞大、成像时间长等缺点。因此,安全有效且成本更低的安检设备对于安防领域具有重要的理论意义与应用价值。通过多输入多输出天线(Multiple Input Multiple Output,mimo)机制的引入,能够利用相关技术得到远大于实际的物理阵元数的观测通道,继而减少阵元数目,降低系统造价,并为准实时成像提供了一种可能性。本文以毫米波雷达安检快速成像系统项目及毫米波mimo雷达成像算法研究为背景,在深入研究单发单收机制的近程毫米波平面合成孔径成像的基础上,进一步完成平面合成孔径成像算法的改进,同时对在mimo收发机制下的近程毫米波成像技术及阵列设计进行研究。因此,全文主要研究工作分为以下三个部分:平面扫描成像算法、平面扫描快速成像算法、mimo雷达天线阵列设计及相应的成像算法。首先,围绕毫米波成像算法的工程实现,介绍合成孔径雷达成像及毫米波成像系统前端等系统性基础结构及原理,同时给出了mimo天线阵列设计应用于毫米波成像系统的技术。其次,基于传统模式下毫米波平面扫描成像系统模型及原理,分析后向投影算法及距离徙动算法并仿真成像,验证了算法的有效性,在此基础上从算法及硬件平台两方面对成像时间做出优化,缩短近10倍的成像时间。最后,针对平面扫描雷达成像系统天线阵元较多的缺点,引入mimo阵列,但mimo阵列结构的复杂性使得平面扫描相关算法难以直接应用于mimo雷达成像,因此利用等效相位中心原理进一步研究毫米波mimo雷达成像的波数域的等效算法的系统模型及其成像原理,并利用仿真使其有效性和可行性得到验证。

关键词：毫米波平面扫描波数域算法快速成像 mimo雷达成像

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基于mimo阵列的高炉成像雷达算法研究

基于MIMO阵列的高炉成像雷达算法研究

作者：闫昱君燕山大学

学位级别：硕士

现代大型高炉属于耗能巨大的“黑箱”设备。在高炉生产过程中,操作人员无法直接观测炉内料面形状和分布,难以实现对冶炼流程的有效优化和监控。对炉内料面的实时监测不仅有助于优化冶炼流程,提高冶炼质量,同时也有助于实现节能减排的目... 详细信息

现代大型高炉属于耗能巨大的“黑箱”设备。在高炉生产过程中,操作人员无法直接观测炉内料面形状和分布,难以实现对冶炼流程的有效优化和监控。对炉内料面的实时监测不仅有助于优化冶炼流程,提高冶炼质量,同时也有助于实现节能减排的目标。多输入多输出(mimo)雷达作为一种新型的成像体制雷达,具有实时性好、分辨能力高、抗干扰能力强等诸多优点,被广泛应用于各个领域。本文以对高炉料面进行实时监测为背景,采用mimo成像雷达体制,研究了基于mimo阵列的高炉雷达三维快速成像算法。首先,论文基于mimo雷达成像的基础理论,对mimo雷达数据获取方式、天线布阵、阵列性能、分辨率与阵元间隔等开展了研究。其中,重点研究了mimo雷达的阵列性能,并对所采用的正交mimo阵的方向图进行了仿真和分析。其次,研究了一维成像算法,该部分是三维成像算法的基础。分别对一维纵向成像和一维横向成像算法进行了推导,重点研究了一维纵向成像,给出了纵向成像的仿真结果,并对结果进行了分析。在此基础上,开展了基于mimo阵列的高炉雷达三维快速成像算法的研究。研究了基于时域处理的反向投影算法和基于频域处理的距离徙动算法,将两种算法在mimo雷达三维成像模型下进行了推导。为了进一步提高成像速度,提出了一种基于mimo阵列的高炉雷达三维快速成像算法,将其命名为距离角度域算法。对三种成像算法进行了计算机仿真,给出了三种算法的成像仿真结果,通过对三种算法的浮点运算量和成像质量的对比分析表明,在同样的计算仿真条件下,本文提出的距离角度域算法具有更好的运算效率和良好的成像质量。

关键词：高炉料面 mimo雷达成像反向投影算法距离徙动算法距离角度域算法运算效率成像质量

基于U-Net网络的二维mimo阵型稀疏成像

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建模与仿真 2024年第3期13卷 3818-3827页

作者：王韬尹丽娟杨文龙柳荧上海理工大学光电信息与计算机工程学院上海

传统雷达成像算法在处理不规则阵型的mimo雷达成像时存在着诸多挑战。这些传统算法通常计算复杂且耗时长,难以满足mimo雷达对实时成像的要求。因此,迫切需要一种适用于任意阵型且具备实时成像能力的新型成像算法。考虑到神经网络具有自... 详细信息

传统雷达成像算法在处理不规则阵型的mimo雷达成像时存在着诸多挑战。这些传统算法通常计算复杂且耗时长,难以满足mimo雷达对实时成像的要求。因此,迫切需要一种适用于任意阵型且具备实时成像能力的新型成像算法。考虑到神经网络具有自学习、自组织和自适应等特点,并已广泛应用于雷达成像领域,因此提出了一种基于神经网络的二维mimo不规则阵型稀疏成像算法。神经网络的训练通常需要大量的数据集,而构建回波数据集的过程耗时较长。为了解决这一问题,选择了U-Net网络结构,该结构在少量数据集下也能进行有效训练。我们将神经网络算法得到的成像结果与传统的BP算法进行了对比。结果表明,在相同数据集的条件下,神经网络算法表现出更优异的成像性能和更短的成像时间,从而实现了二维mimo不规则阵型的高分辨率实时成像。

关键词： mimo雷达成像深度学习 U-Net 高分辨率成像