雷达成像技术(保铮word版) 第二章 距离高分辨和一维距离像
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高分辨率雷达影像处理技术研究简介随着科技的不断发展,雷达技术在各个领域的应用越来越广泛,其中高分辨率雷达影像处理技术是近年来的研究热点。
本文将介绍高分辨率雷达影像处理技术的相关基础知识以及其在实际应用中的优势和挑战。
一、基础知识1. 雷达成像原理雷达成像就是利用雷达波来对目标进行探测、成像和测量。
雷达成像的基本原理是通过向目标发射微波脉冲,接收从目标反射回来的回波,并将其转换成一幅图像。
通过对图像进行处理,可以提取出目标的形状、大小、纹理等特征信息。
2. 雷达影像的分辨率雷达影像的分辨率包括空间分辨率和幅度分辨率两个方面。
空间分辨率是指雷达图像中能够表示最小目标的大小,通常用直径表示。
幅度分辨率是指能够判别两个目标的反射强度是否相等,通常用dB表示。
3. 雷达影像的处理流程雷达影像处理的基本流程包括预处理、信号处理、特征提取和目标识别等步骤。
其中预处理主要包括数据校正、数据平滑、噪声抑制等技术,信号处理包括滤波、分割、匹配等技术,特征提取主要是从图像中提取出目标的特征信息,目标识别则利用图像处理算法判别目标所属的类别。
二、应用优势高分辨率雷达影像处理技术在军事和民用领域都具有广泛的应用前景。
1. 军事应用在军事领域,高分辨率雷达影像处理技术可以用于军事目标的探测、识别、跟踪、导航、避障等方面。
例如,可以利用雷达成像技术提供高精度的目标探测和识别能力,实时监测战场局势,指导军事决策。
2. 民用应用高分辨率雷达影像处理技术在民用领域也有很大的应用潜力。
例如,可以应用于城市规划、环境监测、水资源调查、地球物理勘探等方面。
利用雷达成像技术可以获得高精度的三维地形数据和地表特征信息,为城市规划和环境监测提供有效的数据支持。
三、应用挑战高分辨率雷达影像处理技术在应用中仍然面临一些挑战。
1. 数据获取高分辨率雷达影像处理技术需要大量的数据支撑,包括高精度的雷达影像数据和目标特征数据库。
如何有效获取和管理这些数据对应用的准确性和可靠性至关重要。
雷达成像技术在气象探测中的应用气象探测是探测大气环境和气象现象的一种技术,在现代气象预报和天气监测中占有举足轻重的地位。
而雷达成像技术则是被广泛应用于气象领域的一种重要技术手段。
本文将详细阐述雷达成像技术在气象探测中的应用。
一、雷达成像技术的原理及特点雷达成像技术是利用微波信号对某物体进行扫描,通过信号反射的强度来确定物体的位置、形态和构成,并形成成像的技术。
与传统的距离雷达相比,雷达成像技术有以下特点:1.成像分辨率高。
传统的雷达可以侦测到目标的位置和速度等信息,但不能提供目标的形态信息。
而雷达成像技术可以提供目标的形态信息,并且分辨率较高,能够探测到更小的目标。
2.成像速度快。
传统的雷达需要多次扫描来确定目标的位置和速度,而雷达成像技术只需要一次扫描就能够形成目标的图像。
3.应用范围广。
雷达成像技术可以应用于各种领域,如航空、军事、气象等,被广泛应用。
二、1.天气监测雷达成像技术在天气监测中的应用主要是探测降水和气象雷达。
降水雷达是一种专门用于探测降水的雷达。
它通过探测反射回来的微波信号的强度和时延来确定降水的强度、类型和分布。
气象雷达则是用于探测大气中的物理参数,如雨滴、冰晶、云层等。
通过对这些物理参数的探测,可以更准确地预测天气变化,提高天气预报的准确性。
2.气象灾害监测雷达成像技术在气象灾害监测中的应用主要是探测风暴和龙卷风等气象灾害。
通过雷达成像技术可以获取风暴和龙卷风的大小、形态、强度和移动方向等信息,从而可以及时预警和采取必要的应对措施,保障公众的生命财产安全。
3.航空气象监测雷达成像技术在航空气象监测中的应用主要是探测飞行中的降雨、冰晶和雷暴等气象现象。
通过对这些气象现象的探测,可以为航空公司和机场提供实时的天气信息,以便决策和调整航班计划,提高航班安全性。
三、雷达成像技术在气象探测中的发展趋势随着雷达成像技术的不断发展,其在气象探测中的应用也在不断扩展和深化。
未来,雷达成像技术在气象探测中的发展趋势主要有以下几个方向:1.提高分辨率。
560 第一届全国太赫兹科学技术与应用学术交流会论文集 频率步进太赫兹雷达的一维高分辨距离像*梁美彦1*曾邦泽1张存林1,2赵跃进1(1. 北京理工大学光电学院北京 100081;2. 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室太赫兹波谱与成像北京市重点实验室北京 100048)摘要频率步进信号是一种较常用的高距离分辨率雷达信号,常用于雷达的目标识别,而太赫兹波比微波信号波长短,更易于实现距离高分辨。
文章首先介绍了步进频率信号获得一维距离像的方法,分析了步进频率雷达系统中一维高分辨力距离像的成像原理,然后对0.2THz步进频率雷达系统进行了介绍,最后,用Matlab对太赫兹雷达高分辨率进行了仿真,仿真结果显示频率步进太赫兹雷达对静止目标达到了厘米级的高分辨率,而对于运动目标存在距离发散和耦合时移。
速度越大,失真越大。
关键词太赫兹雷达高分辨距离像仿真频率步进1 引言太赫兹波(THz)是介于红外与毫米之间的一个波段(频率在0.1THz~10THz),太赫兹波本身的频率比微波高,所以更容易实现高分辨,获得目标的精细成像,从而有利于目标的识别[1-2]。
而步进频率信号是一种重要的高分辨脉冲信号,它通过发射一串载频均匀跳变的单频相参脉冲,来合成大的信号带宽并获得高距离分辨率[3-6]。
经过相参处理提取出回波中包含的目标的频率响应特性,对它们进行离散逆傅立叶变换就可以获得目标的高分辨距离维分布,其幅度就是通常所说的距离像。
步进频率信号改善距离分辨率的原理,早在上世纪60年代就已经提出了,而随着数字信号处理技术的发展,步进频率信号逐步应用于雷达系统。
这种信号以窄带发射、接收、处理,合成相应的宽带信号所以能达到的高距离分辨率,从而降低了雷达发射机和接收机的实现难度和成本。
因此把太赫兹作为频率步进信号的太赫兹雷达具有比微波波段更好的分辨率,可以进行超细分辨[7]。
分辨率已经达到了厘米量级。
2 步进频率波形与一维高分辨力距离像2.1 频率步进信号的基本原理频率步进信号的形式如图1所示,在步进频率雷达系统中,雷达发射一串载频线性跳变的矩形脉冲,每个脉冲宽度为τ,脉冲重复周期为Tr,f0为起始脉冲的频率,频率步进量为Δf,每组脉冲个数*基金项目:国家973计划(2007CB310408)资助课题。
飞行器雷达成像技术雷达成像技术在飞行器上的应用已经成为现代天空探测技术的重要组成部分。
随着雷达技术的不断发展和进步,飞行器探测能力越来越强。
本文将介绍飞行器雷达成像技术的发展,原理和应用。
一、发展二十世纪初期,人们开始利用雷达探测物体。
随着雷达技术的发展,应用范围也越来越广泛,包括航空、海军、探测等领域。
雷达成像技术的出现,使得雷达探测能力更加可靠、准确和高效。
二、原理雷达成像技术利用雷达发射器向目标发射电磁波,目标表面反射回的波被接收器接收。
利用这些反射回来的电磁波,我们可以构建出一个目标的三维图像。
雷达成像技术包括距离测量、角测量、频率测量、波形分析等。
三、分类飞行器雷达成像技术可以分为成像雷达和合成孔径雷达(SAR)。
成像雷达主要通过目标的反射信号生成一幅目标的二维图像,而SAR主要利用目标反射的信号,通过合成图像来得到更高的分辨率。
四、应用飞行器雷达成像技术的应用非常广泛。
其中,军事领域是利用该技术最为广泛的一个领域。
航空领域应用较多的包括天气预报、飞行安全、轨迹跟踪等。
此外,这项技术还可以用于资源探测、地质探测和环境监测等领域。
五、未来随着雷达技术的不断发展和进步,飞行器雷达成像技术在未来的应用前景也非常广阔。
在军事方面,飞行器雷达成像技术将发挥更加重要的作用。
在航空领域,对于飞行安全和轨迹跟踪的需求将会越来越大。
此外,飞行器雷达成像技术还可以应用于智能汽车的自动驾驶等领域。
六、结论飞行器雷达成像技术已经成为现代天空探测技术的重要组成部分。
飞行器雷达成像技术的发展给我们带来了更加准确、高效、可靠的探测能力。
在未来,这项技术将会得到更加广泛的应用。
雷达成像技术在目标识别中的应用第一部分:雷达成像技术的基本原理雷达成像技术是以雷达信号为基础的目标成像技术。
雷达信号是由雷达发射器发射出去的电磁波,经过一定时间后,通过雷达接收器接收到回波信号。
雷达成像技术是通过对雷达接收到的回波信号进行处理和分析,形成目标的成像图像。
雷达成像技术的基本原理可以用以下公式来描述:R = ct/2其中,R表示目标与雷达设备的距离,c是光速,t是回波信号所需时间。
利用这个公式,可以测量目标与雷达设备之间的距离。
对于雷达成像技术,其基本原理是利用雷达设备从不同的方向对目标进行探测,通过聚合多次探测到的回波信号,形成目标的成像图像。
其中,雷达设备在探测时可以通过改变发射信号的频率,或者改变探测时的视角等方式来获取更为准确的目标成像图像。
第二部分:雷达成像技术在目标识别中的应用1. 地貌和海洋观测雷达成像技术在地貌和海洋观测中有着非常重要的应用。
在地貌观测中,雷达成像技术可以用来探测地面的高度、地形等信息,进而进行地图制作等工作。
在海洋观测中,雷达成像技术可以用来探测海面的波浪、海流等信息,对于洋流等大规模海洋现象的分析和研究有着重要的意义。
2. 空中交通管制雷达成像技术在空中交通管制中有着非常重要的应用。
在航空管制中,雷达成像技术可以用来追踪和识别飞机等飞行器,对于航班的安全和正常进行有着非常重要的作用。
3. 军事领域在军事领域,雷达成像技术可以用来进行目标识别和打击。
例如,在导弹和炸弹的打击中,可以利用雷达成像技术对目标进行识别和定位,从而实现精准制导和打击。
4. 航天领域在航天领域,雷达成像技术可以用来进行航天器的定位和跟踪,对于轨道控制和调整有着非常重要的意义。
此外,雷达成像技术还可以用来探测太空中的天体和宇宙射线等信息。
第三部分:雷达成像技术的未来发展1. 多波段雷达为了获得更为精确的目标成像信息,未来的雷达成像技术可能会发展成为多波段雷达。
多波段雷达可以同时利用多个频段的信号进行探测,从而获得更为丰富的目标信息。
雷达目标识别技术1.引言雷达目标识别(RTR—Radar Target Recognition)是指利用雷达对单个目标或目标群进行探测,对所获取的信息进行分析,从而确定目标的种类、型号等属性的技术。
目前,经过国内外同行的不懈努力,应该说雷达目标识别技术已经在目标特征信号的分析和测量、雷达目标成像与特征抽取、特征空间变换、目标模式分类、目标识别算法的实现技术等众多领域都取得了不同程度的突破,雷达目标识别技术已成功应用于星载或机载合成孔径雷达地面侦察、毫米波雷达精确制导等方面。
但是,雷达目标识别技术还远未形成完整的理论体系,现有的雷达目标识别系统在功能上都存在一定程度的局限性,其主要原因是由于目标类型和雷达体制的多样化以及所处环境的极端复杂性。
本文讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类雷达目标识别方法:基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法,同时讨论了问题的可能解决思路。
2. 雷达目标识别技术的回顾雷达目标识别的研究始于20世纪50年代,早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究目标的有效散射截面积。
但是,对形状不同、性质各异的各类目标,笼统用一个有效散射面积来描述,就显得过于粗糙,也难以实现有效识别。
几十年来,随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高,在先进的现代信号处理技术条件下,许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现,从而建立起了相应的目标识别理论和技术。
雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向,也是未来雷达的基本功能之一。
目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息,通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数,最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数,在分类器中进行识别判决。
原则上,任何一个雷达目标识别系统均可模化为图1所示的基本结构。
雷达成像原理雷达成像是一种利用雷达技术进行目标探测和成像的技术手段。
它通过发射一束电磁波,利用目标散射回来的信号来获取目标的位置、速度和形状等信息。
雷达成像技术在军事、航天、气象、地质勘探等领域有着广泛的应用。
本文将介绍雷达成像的原理及其应用。
雷达成像的原理主要包括发射、接收和信号处理三个部分。
首先是发射部分,雷达系统通过天线向目标发射一束电磁波,这些电磁波在空间中传播并与目标发生相互作用。
目标会对电磁波进行散射,一部分散射回到雷达系统的接收天线。
接收部分接收到散射回来的信号,并将其转换成电信号。
最后是信号处理部分,雷达系统对接收到的信号进行处理,通过信号处理算法得到目标的位置、速度和形状等信息,从而实现雷达成像。
雷达成像技术可以分为合成孔径雷达(SAR)和实时雷达成像两种。
合成孔径雷达通过合成孔径技术,可以在不同位置接收到目标的信号,从而获得目标的高分辨率成像。
实时雷达成像则是在接收到目标信号后,立即进行信号处理,实现目标的实时成像。
这两种技术在不同的应用场景中有着各自的优势。
雷达成像技术在军事领域有着重要的应用。
它可以用于目标探测、目标识别和目标跟踪等任务,为军事作战提供重要的情报支持。
在航天领域,雷达成像可以用于行星探测和地形测绘等任务,为航天探测提供重要的数据支持。
在气象领域,雷达成像可以用于天气预报和气象监测,为人们的生活提供重要的信息。
在地质勘探领域,雷达成像可以用于地下资源勘探和地质灾害监测等任务,为地质勘探提供重要的技术手段。
总之,雷达成像技术是一种重要的目标探测和成像技术。
它通过发射、接收和信号处理三个部分,实现对目标的探测和成像。
在军事、航天、气象、地质勘探等领域有着广泛的应用前景。
随着雷达技术的不断发展,相信雷达成像技术将会在更多的领域发挥重要作用。
雷达成像技术的应用与发展雷达成像技术是一种通过雷达波进行目标成像的技术。
它利用雷达波在空间中以恒定速度传输的特性来测量被扫描物体的三维空间数据,并从中重建物体的三维图像。
雷达成像技术在军事、民用等多个领域都有着广泛的应用,随着科技的发展,其应用范围也在不断拓展。
第一部分:雷达成像技术的基本原理雷达成像技术的基本原理是利用距离测量和角度测量推导出空间中目标的三维位置和形状。
雷达成像技术可以分为两种方式,分别是合成孔径雷达成像技术和相控阵雷达成像技术。
合成孔径雷达系统是一种高分辨率雷达成像系统,在进行测量时通过逐渐增加距离到发射天线和接收天线之间的距离来控制发射和接收的方向。
合成孔径雷达成像技术中使用的天线主要分为平面阵列天线和卫星管天线。
相控阵雷达是一种基于雷达坑面和数字信号处理技术进行目标成像的高性能雷达成像技术。
相比于传统的机械扫描雷达,相控阵雷达可以快速获取目标的三维信息,具有灵敏度高、精度高等优点。
第二部分:雷达成像技术在军事领域中的应用雷达成像技术在军事领域中有着广泛的应用。
其中最重要的应用领域之一是雷达远程侦察。
它通过成像雷达技术,可以在不进入敌方防御区域的情况下对敌方目标进行精确的探测和识别。
雷达成像技术在军事领域中的另一个应用领域是指挥和控制系统中的雷达测距。
它可以提供给指挥员准确的敌情信息,帮助指挥员制定更有效、更精确的战术。
第三部分:雷达成像技术在民用领域中的应用雷达成像技术在民用领域中有着广泛的应用。
例如,在道路交通领域,雷达成像技术可以用于运动车辆的速度测量和信号灯的控制。
在航空航天领域,雷达成像技术可以用于飞机飞行和导航控制系统中,也可以识别降落航道的位置进行引导。
在建筑领域,雷达成像技术可以用于建筑物的结构安全监测,帮助工程师和设计师识别问题并采取适当的预防措施。
总之,随着科技的发展,雷达成像技术在各个领域的应用也在不断扩展和拓展。
在未来,雷达成像技术将继续发挥重要作用,为人类提供更加便捷、精确的服务。
基于雷达成像的航天器距离测量技术研究随着航天技术的不断发展,航天器距离测量技术也不断得到了提升和完善。
基于雷达成像的航天器距离测量技术是其中的一种技术,它能够提供高精度、高分辨率的距离测量数据,使得航天器的轨道控制和导航更加准确、可靠。
本文将从原理、技术特点和应用等方面进行讨论和分析。
一、原理雷达成像技术是一种将雷达测量结果呈现为图像的技术,它可以通过雷达波束向航天器发射微波信号,测量航天器与地球之间的距离,再通过处理这些数据,生成高分辨率的距离图像。
这种图像显示了航天器在不同时刻的位置和速度,可以被用于距离测量、轨道控制等方面。
雷达成像技术主要有两个部分:发射器和接收器。
发射器发射的微波信号被反射回来,被接收器接收到。
通过分析反射波形,可以计算出反射体的距离和速度。
这种技术具有高精度和高分辨率的特点,在实际应用中表现出很好的效果。
二、技术特点基于雷达成像的距离测量技术具有以下技术特点:1、高精度这种技术能够提供高精度的距离测量数据,其测量误差通常在微米量级。
这种高精度对于轨道控制和导航等方面具有重要意义。
2、高分辨率基于雷达成像的技术能够提供高分辨率的距离图像,其分辨率一般在几米左右。
这种高分辨率可以显示出更多的细节信息,有助于掌握航天器的行动轨迹。
3、适用性强这种技术适用范围广,不受天气、地形等自然因素的影响,可在任何环境下使用。
同时,也可以与其他传感器组合使用,提高测量效果。
三、应用基于雷达成像的距离测量技术可以广泛应用于航天器的轨道控制、导航和空间目标的跟踪等领域。
例如,可以在卫星轨道控制中使用这种技术,实现对卫星的距离、速度和方向等参数进行实时监测和控制,保障卫星的正常运行。
另外,基于雷达成像的距离测量技术还可以应用于空间目标的跟踪和定位。
在航天器之间实现精准测量距离的同时,还可以监测太空垃圾和卫星碰撞等安全问题,有助于维护宇宙空间环境的安全。
总结基于雷达成像的航天器距离测量技术具有高精度、高分辨率和适用性强等特点。
雷达成像的原理和应用1. 引言雷达成像是一种通过将雷达技术与图像处理相结合的技术,可以获取目标物体的二维或三维图像。
雷达成像在军事、气象、地质勘探、航空航天等领域有着广泛的应用。
本文将介绍雷达成像的原理以及其在不同领域中的应用。
2. 雷达成像原理雷达成像是通过发射雷达波束,并接收被目标散射回来的信号,通过对接收到的信号进行处理和分析,获取目标物体的图像。
雷达成像的原理包括以下几个方面:2.1 脉冲雷达脉冲雷达是最常见的雷达成像系统。
其工作原理是:雷达发射脉冲信号,然后等待信号返回。
通过测量信号的时间延迟和频率偏移,可以得到目标物体的位置和速度。
2.2 合成孔径雷达(SAR)合成孔径雷达利用了雷达的连续波信号,并利用目标散射信号的干涉效应,提高雷达分辨率。
SAR系统工作时,雷达连续发射信号,并接收经目标散射返回的信号。
通过对接收到的信号进行处理和分析,可以生成高分辨率的雷达图像。
2.3 多普勒雷达多普勒雷达可以测量目标物体的速度。
其原理是:当目标物体相对于雷达运动时,其回波信号的频率会发生变化。
通过分析回波信号的频率变化,可以估计目标物体的速度。
3. 雷达成像的应用雷达成像在各个领域中具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景:3.1 军事应用雷达成像在军事领域中被广泛应用于目标侦测和识别、情报获取等任务。
通过雷达成像,军方可以获取目标的位置、形状和运动信息,从而提供有关目标的情报。
3.2 气象预报雷达成像在气象领域中用于观测和预测天气。
通过分析大气中的反射波,可以获取降水、云层的信息,并可用于预测降水量、风暴路径等。
3.3 地质勘探雷达成像在地质勘探中被用于寻找地下矿藏、油气田等资源。
通过雷达成像,地质勘探者可以获取地下的反射信号,从而推断地下的物质构造和性质。
3.4 航空航天雷达成像在航空航天领域中被广泛应用于目标探测、导航等任务。
通过雷达成像,飞行器可以观测地表、海面等目标,从而提供导航和避障信息。
雷达成像技术研究及其应用雷达是能够探测、定位、跟踪和识别目标的一种电子设备。
雷达技术在许多领域拥有广泛的应用,如气象、军事、导航、飞行器、地质勘探等等。
其中,雷达成像技术作为雷达技术的重要分支,发挥了极其重要的作用。
本文将重点探讨雷达成像技术的研究及其应用。
一、雷达成像技术的研究雷达成像技术是一种利用雷达探测的电磁波反射信号,获取地面物体的内部结构和边缘轮廓的一种技术。
雷达成像技术最早应用于军事领域,随着科技的不断进步,其应用范围也越来越广泛。
雷达成像技术是以目标反射的电磁波为基础,利用电磁波的波动性质,测量和分析目标的空间分布特征,获得高分辨率的成像信息。
对于雷达成像技术的研究,主要分为两个方面:第一个方面是研究成像算法,第二个方面是研究成像设备。
其中,成像算法通常分为时域算法和频域算法。
时域算法又分为脉冲压缩成像算法和基于傅里叶变换算法的成像算法。
而频域算法则分布为基于波前重建算法和基于合成孔径雷达算法的成像算法。
在成像设备方面,目前主要有卫星雷达、飞机雷达、舰船雷达、探地雷达等。
卫星雷达主要用于遥感和环境监测,可以为地球观测提供重要数据;飞机雷达主要用于飞行器导航和监测;而舰船雷达则用于海上防御和导航;探地雷达则用于地质勘探和探测物源等领域。
不同类型的雷达设备有不同的技术指标要求。
二、雷达成像技术的应用雷达成像技术在许多领域都有广泛的应用,下面主要介绍其在军事、地质勘探和医学领域的应用。
1、军事领域在军事领域,雷达成像技术是一种非常重要的侦察手段。
通过雷达成像技术,可以实现对远距离目标进行探测和定位,进而实现有效的监视和打击目标。
尤其在对隐形战斗机、导弹和舰艇等难以直接侦查的目标进行监视时,雷达成像技术更具有优势。
2、地质勘探地质勘探是雷达成像技术的一个重要应用领域。
利用雷达成像技术可以探测到地下深层信息,有助于研究地质构造和岩石内部结构。
在石油勘探、煤炭勘探和矿产勘探等领域,雷达成像技术都有非常重要的作用。
一种获取雷达目标一维距离像的方法
张占胜;周先敏
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】2005(45)2
【摘要】利用高分辨一维距离像进行目标识别在现代雷达中已成为一个重要的研究课题.本文基于雷达信号设计和互相关接收处理技术,研究了一种利用目标回波,逐次获取一维距离像的方法.与冲激雷达相比,这种方法能显著提高信噪比,并且这个方法的收敛速度快,一般迭代10次以内即达到稳定.
【总页数】4页(P63-66)
【作者】张占胜;周先敏
【作者单位】电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054;电子科技大学,电子工程学院,四川,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.52
【相关文献】
1.基于高分辨一维距离像的雷达目标三维成像方法研究 [J], 鹿浩
2.匀加速运动对频率步进雷达目标一维距离像的影响及其运动补偿方法 [J], 崔应留;罗文茂;王德纯
3.雷达目标一维距离像特征提取方法研究 [J], 赵朋亮;甘怀锦;曾海兵
4.雷达目标一维距离像识别方法研究 [J], 刘江波;王瑞革;金虎
5.基于动态时间规整算法的一维距离像雷达目标识别方法 [J], 吴昭;夏鹏;田西兰
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雷达成像原理雷达++雷达系统是一种使用脉冲或射频的方式(也称为微波)来检测物体位置、运动和物体性质的系统。
雷达系统根据接收到的微波反射特性生成一个二维图像,展示目标位置及特性信息。
++雷达系统分为无源雷达、有源雷达和可见光雷达。
无源雷达是指探测信号通常由电磁干扰环境中的被探测物质的反射形成;有源雷达是指,探测信号是发射机发射电磁脉冲,探测物体对电磁脉冲的反射;而可见光雷达是指发射机发射的探测信号是可见光的脉冲。
++### 雷达成像原理++雷达成像以超声波或微波技术,将物体的几何形状、形变和位置分解,并通过计算机把探测结果图示化,得到一个立体逼真的影像。
雷达成像是指运用雷达技术对物体进行成像,而这一技术也称作雷达信号处理技术。
首先雷达系统会发射出一束脉冲信号,被探测物质会接收到这一脉冲信号,并将一部分反射回给雷达系统。
接收到的脉冲信号会通过信号处理系统进行处理,然后把雷达图像输出到显示系统以便进行二维图像的连接和显示。
++### 雷达成像开发++1. 雷达数据库的建立:主要的任务是将雷达扫描仪成像出的地理位置信息,与真实世界的空间信息对应,并将其存储在雷达数据库中。
++2. 标记分析:根据雷达数据库建立起来的地理信息,对数据进行标记分析,对不同类型的对象进行特定的标记。
++3. 目标识别:利用标记过的neta数据,通过特征识别的方式,分析出以及信息,识别出不同类型的物体。
++4. 仿真与分析:通过建立合适的仿真模型,对不同物体及空间状况进行仿真,并对仿真结果进行分析,准确判断物体的特性、特征和位置信息。
++5. 可视化:最后将雷达扫描仪搜集到的信息及仿真判断出的结果,通过计算机图形学和可视化技术,形成一个立体影像,便于查看和分析。
雷达成像中的数据处理技术研究雷达是一种被广泛应用于军事、气象、航空及其它领域的遥感仪器。
在雷达成像中,数据处理技术是至关重要的一环。
本文将对雷达成像中的数据处理技术进行探讨。
一、雷达成像的原理雷达成像,简单来说,就是从雷达辐射源发射出的电磁波,经过被探测物体的反射或散射后,再次接收到雷达接收机,从而得到被探测物体的信息并进行成像。
根据雷达工作方式的不同,可以分为激光雷达和微波雷达两种。
其中,微波雷达又可进一步分为合成孔径雷达(SAR)和雷达散射计(RADARSAT)等。
二、雷达成像中的数据处理技术在雷达成像中,数据处理是非常重要的一环。
主要包括预处理,解调,滤波和成像等环节。
1.预处理预处理是为了去除图像中混杂的干扰信号,使图像更加清晰。
预处理中最重要的一步是特征提取,该方法可以提高目标的特征在图像中的“辨识度”,使目标能够更加准确地被探测出来。
目前,常用的特征提取方法主要有小波变换和PCA分析等。
2.解调解调主要指对接收到的雷达信号进行下变频处理,使得原本高频的信号变成中低频的信号,这样即便在数字信号处理时,也可以使用低速的采样器来完成对信号的采样和处理。
解调的方法主要有批处理和实时两种类型。
3.滤波滤波是为了使图像中的噪声被消除,以便更好地展示图像细节。
主要有带通滤波和低通滤波等。
4.成像成像是雷达成像中最重要的一步,其作用是根据所接收到的信号,将其转化成二维或三维图像。
成像主要分为两种方法:基于距离的成像和基于时间的成像。
其中,基于距离的成像是主要的方法,将接收到的雷达信号对时间进行采样,然后将每个时刻的信号叠加起来,形成二维或三维图像。
三、本文结论与展望雷达成像的数据处理技术发展已经取得了重要进展,但仍面临技术瓶颈。
未来的发展趋势是,基于深度学习、机器学习等技术,将深度挖掘雷达成像数据的特征,从而提高目标识别准确率和成像质量。
在技术的不断突破和创新中,雷达成像的应用范围将更加广泛,业界也将对其性能表现有更高的期望。
1 第二章 距离高分辨和一维距离像 雷达采用了宽频带信号后,距离分辨率可大大提高,这时从一般目标(如飞机等)接收到的已不再是“点”回波,而是沿距离分布开的一维距离像。 雷达回波的性质可以用线性系统来描述,输入是发射脉冲,通过系统(目标)的作用,输出雷达回波。系统的特性通常用冲激响应(或称分布函数)表示,从发射波形与冲激响应的卷积可得到雷达回波的波形。 严格分析和计算目标的冲激响应是比较复杂的,要用到较深的电磁场理论,不属于本书的范围。简单地说,雷达电波作用的目标的一些部件对波前会有后向散射,当一些平板部分面向雷达时还会有后向镜面反射;这些是雷达回波的主要部分;此外还有谐振波和爬行波等。因此,目标的冲激响应(分布函数)可以用散射点模型近似,即目标可用一系列面向雷达的散射点表示,这些散射点位于后向散射较强的部位。由于谐振波和爬行波的滞后效应,有时也会有少数散射点在目标本体之外。如上所述,目标的散射点模型显然与雷达的视线向有关,例如当飞机的平板机身与雷达射线垂直时有很强的后向镜面反射,而在偏离不大的角度后,镜向反射射向它方,不为雷达所接收。目标的雷达散射点模型随视角的变化而缓慢改变,且与雷达波长有关,分析和实验结果表明,在视角变化约10°的范围里,可认为散射点在目标上的位置和强度近似不变。顺便提一下,前面曾提到微波雷达对目标作ISAR成像,目标须转动3°左右,在分析时用散射点模型是合适的。 虽然目标的散射点模型随视角作缓慢变化,但一维距离像的变化要快得多。可以想像到,一维距离像是三维分布散射点子回波之和,在平面波的条件下,相当三维子回波以向量和的方式在雷达射线上的投影,即相同距离单元里的子回波作向量相加。我们知道,雷达对目标视角的微小变化,会使同一距离单元内而横向位置
1001101201301401501600
500100015002000250030003500 图2-1 飞机回波的一维距离像 2
不同散射点的径向距离差改变,从而使两者子回波的相位差可能显著变化。以波长3厘米为例,若两散射点的横距为10米,当目标转动0.05°时,两者到雷达的径向距离差变化为1厘米,它们子回波的相位差改变240°!由此可见,目标一维距离像中尖峰的位置随视角缓慢变化(由于散射点模型缓变),而尖峰的振幅可能是快变的(当相应距离单元中有多个散射点)。图2-1是C波段雷达实测的飞机一维距离像的例子,图中将视角变化约3°的回波重合画在一起。一维距离像随视角变化而具有的峰值位置缓变性和峰值幅度快变性可作为目标特性识别的基础。 本章将用上述散射点模型对高分辨的一维距离像进行讨论。
2.1 宽带信号的逆滤波、匹配滤波和脉冲压缩 根据散射点模型,设散射点为理想的几何点,若发射信号为()pt,对不同距离多个散射点目标,其回波可写成: 22()()cifjRicriiRstAptec (2.1)
iA和()imRt分别为第i个散射点回波的幅度和某时刻的距离;()p•为归一化的回
波包络;cf为载波频率,c为光速。 若以单频脉冲发射,脉冲越窄,信号频带越宽。但发射很窄的脉冲,要有很高的峰值功率,实际困难较大,通常都采用大时宽的宽频带信号,接收后通过处理得到窄脉冲。为此,我们将(2.1)式的回波信号换到频域来讨论如何处理,这时有: 2()()()ciffjRcriiSfAPfe (2.2)
对理想的几何点目标当然希望重建成冲激脉冲,如果()Pf在所有频率没有零分量,则冲激脉冲信号可通过逆滤波得到,即 21()2()e()()cifjRirciiRSfFAtPfc
(2.3)
实际()Pf的频带虽然较宽,但总是带限信号,所以一种实用距离成像方法 3
是通过匹配滤波,主要将各频率分量的相位校正成一样,为了提高信噪比再按信号频谱幅度加权,而频谱为零部分是无法恢复的。匹配滤波后的输出为, 1*()2()1*()2()()()()()2epsf()cicirMfrffjRcfiifjRiciistFSfPfFAPfPfeRAtc
(2.4)
这里*()P•为()P•的复共轭,而 21()psf()()ftFPf
(2.5)
在时域上看,滤波相当于信号与滤波器冲激响应的卷积,对一已知波形的信号作匹配滤波,其冲激响应为该波形的共轭倒置。当波形的时间长度为pT,则
卷积输出信号为pT2。实际上,匹配滤波可实现脉冲压缩,输出主瓣的宽度为B1(B为信号的频带宽度,为降低副瓣而作加权,主瓣要展宽一些),即距离分辨率为)2(Bc,脉压信号的B通常较大(1BT),输出主瓣是很窄的,时宽为pT2
的输出中,绝大部分区域为幅度很低的副瓣。 当反射体是静止的离散点时,回波为一系列不同延时和复振幅的已知波形之和,对这样的信号用发射波形作匹配滤波时,由于滤波是线性过程,可分别处理后迭加。如果目标长度相应的回波距离段为r,其相当的时间段为T(=cr2),考虑到发射信号时宽为pT,则目标所对应的回波时间长度为pTT,而匹配滤波后的输出信号长度为pTT2。虽然如此,具有离散点主瓣的时间段仍只有T,两端的部分只是副瓣区,没有目标位置信息。 应当指出,通过卷积直接作匹配滤波脉压的运算量相对较大,可以在频率域通过共轭相乘再作IFFT求得。需要注意的是两离散信号频率域相乘相当它们在时域作圆卷积,为使圆卷积与线性卷积等价,待处理的信号须加零延伸,避免圆卷积时发生混叠。 实际处理中,为了压低副瓣,通常是将匹配函数加窗,然后加零延伸为
pTT的时间长度,作傅立叶变换后并作共轭,和接收信号的傅立叶变换相乘 4
后,作傅立叶逆变换,取前T时间段的有效数据段。为了便于采用快速傅立叶变换,可能对匹配函数要补更多的零,对接收信号也要补零。脉压处理过程的如图2-2所示,其中虚框部分可事先计算好,以减小运算量。
参考信号接收信号
FFT
FFT共轭相乘
IFFT
p
T
pTT 图2-2 匹配滤波脉压示意图 距离匹配滤波压缩后,不管是否补零,其距离分辨率为)2(Bc,距离采样率
为)2(sFc,其中sF为采样频率,1ssTF为采样周期,距离采样周期要求小于等于距离分辨单元长度。 2.2 线性频调信号和解线频调处理 大时宽宽频带信号可以有许多形式,如脉冲编码等,但用得最多的是线性调频(LFM)脉冲信号。由于线性调频信号的特殊性质,对它的处理不仅可用一般的匹配滤波方式,还可用特殊的解线频调(Dechirping)方式来处理。 解线频调脉压方式是针对线性调频信号提出的,对不同延迟时间信号进行脉冲压缩,在一些特殊场合,它不仅运算简单,而且可以简化设备,已广泛应用于SAR和ISAR中作脉冲压缩。应当指出,解线频调处理和匹配滤波虽然基本原理相同,但两者还是有些差别的,为了能正确利用解线频调方式作脉冲压缩,我们对它作一些详细的说明。 假设发射信号为
stttTempjfttc(,)()rect2122, (2.6)
其中212101)rect(uuu,fc为中心频率,Tp为脉宽,为调频率,ttmT为 5
快时间,m为整数,T脉冲重复周期,mTtm为慢时间。 解线频调是用一时间固定,而频率、调频率相同的LFM信号作为参考信号,用它和回波作差频处理。设参考距离为Rref,则参考信号为
2212ˆ222ˆrect),ˆ(cRtcRtfj
refrefmref
refrefceTcRttts
(2.7)
式中refT为参考信号的脉宽,它比T要大一些(参见图2-3)。 某点目标到雷达的距离为tR,雷达接收到的该目标信号),ˆ(mrtts为
2212ˆ222ˆrect),ˆ(cRtcRtfj
ptmr
iiceTcRtAtts
(2.8)
解线频调的示意图如图2-3,若reftRRR,则其差频输出为 ),ˆ(),ˆ(),ˆ(*mrefmrmifttsttstts 即 22
44)2ˆ(4
2ˆrect),ˆ(RcjRfcjRcRtcjptmifeeeTcRt
Attscref
(2.9)
若暂将讨论限制在一个周期里(即R为常数),则上式为频率与R成正比的单频脉冲。如果所需观测的范围为]2,2[rRrRrefref,图2-3中画出了范围两侧边缘处的回波。 我们再结合,图2.3是解线频调的差频处理示意图作一些说明,图中纵坐标均为频率,图2.3(a)中除参考信号外,有远、近的两个回波。参考信号与回波作其共轭相乘,即作差频处理,回波变成单频信号,且其频率与回波和参考信号的距离差成正比,因而也叫解线频调处理。由图2-3(b)可知cRfi2。因此,对解线频调后的信号作傅立叶变换,便可在频域得到对应的各回波的sinc状的窄脉
冲,脉冲宽度为pT1,而脉冲位置与R成正比(cR2),如图2-3(b)的左侧所示。