雷达极化信息获取与处理的研究进展
雷达极化信息获取与处理的研究进展
代大海*①②廖斌①②肖顺平②王雪松②
①(国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙 410073)
②(国防科学技术大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室长沙 410073)
摘要：雷达极化信息获取与处理已成为当前雷达技术的重要分支之一。该文首先简要回顾了雷达极化技术的发展历程，而后结合电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室的研究成果，重点阐述了雷达极化测量与校准、极化抗干扰、极化特征提取与分类识别、极化成像与参数反演等关键技术的基本原理、研究现状与发展趋势，得出了一些有意义的结论。
关键词：极化测量；极化校准；极化滤波；有源假目标鉴别；极化雷达成像；雷达目标识别
中图分类号：TN953 文献标识码：A 文章编号：2095-283X(2016)02-0143-13 DOI:10.12000/JR15103
引用格式：代大海, 廖斌, 肖顺平, 等. 雷达极化信息获取与处理的研究进展[J]. 雷达学报, 2016, 5(2): 143–155. DOI: 10.12000/JR15103.
Reference format: Dai Dahai, Liao Bin, Xiao Shunping, et al.. Advancements on radar polarization information acquisition and processing[J]. Journal of Radars, 2016, 5(2): 143–155. DOI: 10.12000/JR15103.
Advancements on Radar Polarization Information
Acquisition and Processing
Dai Dahai①② Liao Bin①② Xiao Shunping② Wang Xuesong②
①(School of Electronic Science and Engineering, National University of Denfense Technology,
Changsha 410073, China)
②(State Key Laboratory of Complex Electromagnetic Environment Effects on Electronics and Information
System, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)
Abstract: The study on radar polarization information acquisition and processing has currently been one important part of radar techniques. The development of the polarization theory is simply reviewed firstly. Subsequently, some key techniques which include polarization measurement, polarization anti-jamming, polarization recognition, imaging and parameters inversion using radar polarimetry are emphatically analyzed in this paper. The basic theories, the present states and the development trends of these key techniques are presented and some meaningful conclusions are derived.
Key words: Polarization measurement; Polarimetric calibration; Polarization filter; Discrimination of active decoy; Imaging radar polarimetry; Radar target recognition
1 引言
极化作为矢量波共有的一种性质，在红外、光学、雷达等领域均受到了广泛关注。就雷达而言，极化反映了电磁波的矢量特性，是电磁波除时域、频域和空域信息以外的又一可资利用的重要信息，充分挖掘极化信息为现代雷达探测系统性能的改善提供了广阔的空间[1–7]。自1946年G. Sinclair提出雷达目标的极化散射矩阵的概念以来，雷达极化技术已经经历了60余年的研究[3]。相关的参考文献和研究成果非常丰富，积累了一大批基础性研究成果并逐渐迈入实用阶段，已有相当数量的极化雷达相继
第5卷第2期雷达学报Vol. 5No. 2 2016年4月Journal of Radars Apr. 2016
收稿日期：2015-09-13；改回日期：2015-11-06；网络出版：2015-12-14
*通信作者：代大海 ddh1206@https://www.wendangku.net/doc/3a16154857.html,
基金项目：国家自然科学基金(61302143,61501473,
61490693)，863计划项目(2013AA122202)
Foundation Items: The National Natural Science Foundation
of China (61302143, 61501473, 61490693), Nation High-Tech
R&D Program of China (2013AA122202)
现代雷达信号处理技术及发展趋势..
现代雷达信号处理技术及发展趋势 摘要：自二战以来，雷达就广泛应用于地对空、空中搜索、空中拦截、敌我识别等领域，后又发展了脉冲多普勒信号处理、结合计算机的自动火控系统、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。随着科技的不断进步，雷达技术也在不断发展，现代雷达已经具备了多种功能，如反隐身、反干扰、反辐射、反低空突防等能力，尤其是在复杂的工作环境中提取目标信息的能力不断得到加强。例如，利用雷达系统中的信号处理技术对接收数据进行处理不仅可以实现高精度的目标定位与跟踪, 还能够在目标识别和目标成像、电子对抗、制导等功能方面进行拓展, 实现综合业务的一体化。 一、雷达的起源及应用 雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达最为一种重要的电磁传感器，在国防和国民经济中应用广泛，最大特点是全天时、全天候工作。雷达由天线、发射机、接收机、信号处理机、终端显示等部分组成。 雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。
基于相控阵雷达回波极化信息的检测研究
基于相控阵雷达回波极化信息的 检测研究! 赵利娟王雪松李永祯 "国防科技大学长沙#$%%&’( )摘要*在相控阵雷达中采用序列检测可提高雷达信号检测性能和改善数据率+本文利用雷达极化信息对三种典型序列检测方法进行了改进研究,并对这三种改进算法在相控阵雷达中的应用性能作了详细的分析+同时进行了相干视频仿真实验,仿真结果表明-极化信息的利用使雷达搜索目标能力得到明显改善+同时双幅度门限检测法的应用使相控阵雷达的检测性能更加优越, )关键词*相控阵雷达+序列检测+极化信息 ./0123456/67/8349:;6134<3=:>8?:/834 @4A3>B:/83484
极化雷达
第1章绪论 1.1极化合成孔径雷达(PolSAR)及其发展 电磁波的传播和散射都是矢量现象，而极化正是用来研究电磁波的这种矢量特征。极化合成孔径雷达在不同收发极化组合下，测量地物目标的极化散射特性，并用极化散射矩阵的形式表示。由于电磁波的极化对目标的介电常数、物理特性、几何形状和取向等比较敏感，因而极化测量可以大大提高成像雷达对目标各种信息的获取能力。 尽管极化的概念已经有很长的历史，但是到了二十世纪五十年代人们才开始对极化在雷达中的应用产生兴趣进行研究，并取得了一定进展。1950年，G.W.Sinclair在对椭圆极化波发射与接收的研究中，引入散射矩阵的概念来描述相干散射体的雷达横截面积。先导性的工作是由E.M.Kennaugh于20世纪50年代初在俄亥俄州立大学的天线实验室完成的。他对雷达回波极化特性进行了初步研究，并给出最优极化状态的概念。在Kennaugh之后，由于极化理论方面的发展还不完善，对雷达极化的研究工作虽然仍在继续，可是研究成果极为有限。直到1970年Huynen博士论文的发表，才又开始了新一轮极化理论和试验研究的热潮，并取得了大量成果。J.R.Huynen在其博士论文中利用Kennaugh最优极化状态的概念，推导了雷达目标现象学的理论，提出随机媒质散射分解的概念，将雷达极化的理论研究带到一个新的高度。1981年，Poleman提出极化合成的概念，在极化的实际应用方面做出了重要的贡献。W.M.Boerner进一步完成了对地物目标散射电磁波极化特性的研究，扩展了Kennaugh的最优极化理论，并把极化分析应用到了目标识别中。然而由于当时雷达设备技术方面的局限性，人们并没有充分意识到极化在雷达应用中的重要作用。 二十世纪八十年代初，NASA/JPL实验室的机载AIRSAR系统在飞行中采用两个正交的线性极化天线发射、接收信号，首先实现了对目标的全极化测量，开创了雷达极化研究的一个新时代。在过去的二十多年间，人们研发了许多极化合成孔径雷达系统。目前，除了NASA/JPL的AIRSAR全极化系统(工作在L、C和P波段)外，还有几个机构开发的机载极化系统能够提供不同频率的全极化SAR数据，他们包括:丹麦遥感中心开发的EMI-SAR系统，工作在C和L波段；德国空间中心(DLR)的E-SAR系统，工作在L和P波段；密歇根环境研究所(ERIM)开发的NAWC/ERIMSAR系统，工作在X、C和L波段:还有NAVY/ERIMP-3SAR系统，安装
雷达极化
雷达极化散射矩阵理论基础 【作者】李谦，林昌禄 【关键词】极化；雷达极化；目标识别；散射矩阵 【机构】成都电子科技大学微波工程系 【英文篇名】 THE BASIC THEORY OF RADAR POLARIZA TION SCA TTERING MATRIX 【中文刊名】电子科技大学学报 【年】 1994 【期】 01 【光盘号】 INFO9401 基于极化频率稳定度的目标识别 【作者】肖顺平，郭桂蓉，王雪松 【关键词】雷达极化，散射矩阵，极化频率稳定度，极化特征，目标识别 【机构】国防科大四系ＡＴＲ国家实验室 【英文篇名】 Target Recognition Based on Polarization-Frequency Stability 【中文刊名】现代雷达 【年】 1995 【期】 05 【光盘号】 INFO9501 基于改进退火法拟合参数估计的极化雷达目标识别 【作者】王雪松,肖顺平,庄钊文 【关键词】雷达极化，极化状态变化率，模拟退火全局优化算法，目标识别 【机构】国防科技大学ＡＴＲ国家重点实验室 【英文篇名】 Polarization Radar Target Recognition Based on Estimation of Fitting Parameters Using Improved Annealing Algorithm 【中文刊名】现代雷达 【年】 1997 【期】 02 【光盘号】 SCTA9710 近三年来雷达极化研究的进展 【作者】王被德 【关键词】极化雷达，目标极化散射矩阵，极化检测，极化滤波，目标识别 【机构】空军第二研究所 【英文篇名】 Advances on Radar Polarimetry Research in Recent Three Years 【中文刊名】现代雷达 【年】 1996
【CN109946670A】一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910225402.4 (22)申请日 2019.03.25 (71)申请人 河海大学 地址 211100 江苏省南京市江宁开发区佛 城西路8号 (72)发明人 蒋弥 赵诣 马张烽 (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 朱小兵 (51)Int.Cl. G01S 7/41(2006.01) (54)发明名称 一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方 法 (57)摘要 本发明提出了一种光学影像驱动的雷达极 化信息提取方法，步骤如下：S1、配准SAR影像和 光学影像；S2、以目标像素为中心在SAR和光学影 像上选取邻域像素，组成滑动窗口；S3、计算光学 影像滑动窗口内邻域像素与目标像素的欧氏距 离，计算SAR影像滑动窗口内邻域像素与目标像 素的Wishart矩阵相似距离；S4、将S3中的距离转 换为概率，并计算其联合分布概率；S5、根据阈值 分割法计算联合分布概率的阈值，概率大于阈值 的像素为同质像素；S6、重复S2-S5，获得所有同 质像素；S7、结合同质像素，抑制相干斑获得强度 信息；S8、利用同质像素进行目标分解，获得雷达 极化特征。本发明方法可以正确选择同质点并有 效抑制相干斑，改善地物边缘模糊现象，保持极 化数据的细节信息。权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 109946670 A 2019.06.28 C N 109946670 A
1.一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取同一区域的SAR影像和光学影像，并配准SAR影像和光学影像； S2、选取一个像素作为目标像素，以目标像素为中心，在SAR和光学影像上分别选取目标像素的邻域像素，组成N ×N大小的滑动窗口； S3、在光学影像的滑动窗口内，分别计算邻域像素与目标像素的欧氏距离d opt ，在SAR影像的滑动窗口内，分别计算邻域像素与目标像素的Wishart矩阵相似距离d SAR ； S4、根据高斯核函数分别将距离d opt 和d SAR 转换为相似性概率p opt 和p SAR ，并计算p opt 和p SAR 的联合分布概率作为邻域像素和目标像素的相似性度量； S5、根据阈值分割法计算联合分布概率的阈值，当滑动窗口内某一邻域像素的联合分布概率大于阈值，判断该邻域像素为目标像素的同质像素； S6、重复步骤S2-S5，在SAR影像和光学影像中逐像素计算，获得所有同质像素； S7、利用局部最小均方误差法结合同质像素对SAR影像进行滤波，抑制影像相干斑，获得SAR影像强度信息； S8、利用同质像素进行目标分解，获得雷达极化特征。 2.根据权利要求1所述的一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方法，其特征在于，所述的步骤S2中的N＝9。 3.根据权利要求1所述的一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方法，其特征在于，步骤S3中光学影像中邻域像素与目标像素的欧氏距离d opt 的计算公式如下： 其中，x pi 表示邻域像素p第i个波段的观测值，x ci 表示目标像素c第i个波段的观测值，i ＝1,2,…,M，M为波段数量。 4.根据权利要求1所述的一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方法，其特征在于，步骤S3中SAR影像中邻域像素与目标像素的Wishart矩阵相似距离d SAR 的计算公式如下： d SAR ＝ln|X|+ln|Y|-2ln|X+Y| 其中，X、Y分别表示邻域像素和目标像素的协方差矩阵。 5.根据权利要求1所述的一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方法，其特征在于，步骤S4根据高斯核函数分别将距离d opt 和d SAR 转换为相似性概率p opt 和p SAR ，具体转换公式如 下：其中，表示光学影像滑动窗口中邻域像素j的相似性概率，表示光学影像中邻域像素j与目标像素的欧氏距离，表示SAR影像滑动窗口中邻域像素j的相似性概率，表示SAR影像中邻域像素j与目标像素的Wishart矩阵相似距离。 6.根据权利要求1所述的一种光学影像驱动的雷达极化信息提取方法，其特征在于，所述的步骤S5中的阈值分割法为Ostu分割算法，基于直方图迭代计算阈值。 权 利 要 求 书1/2页2CN 109946670 A
高分三号卫星雷达极化方式和分辨率
北京揽宇方圆信息技术有限公司 高分三号卫星雷达极化方式和分辨率 高分三号卫星搭载的传感器是C频段多极化合成孔径雷达，是迄今为止世界上成像模式最多的星载合成孔径雷达，该雷达具有全极化电磁波收发功能，并涵盖了诸如条带、聚束、扫描等12种成像模式（表1）。空间分辨率从1 m到500 m，幅宽10 km到650 km。不仅能够用于大范围资源环境及生态普查，还能够清晰地分辨出陆地土地覆盖类型和海面目标，现了既可探地，又可观海，到“一星多用”的效果。 下面为高分三号卫星的12中成像模式的相关介绍。 表1 成像模式 聚束模式：观测海面溢油现场尺度、岛礁的位置、面积、建筑物、地上交通线、重要水利工程、泥石流；进行城市规划监测、风景名胜区监测、经济普查与经济活动调查、统计重大项目投资监测、人口普查与城市住户调查、边境反恐监测、全球敏感区域监测、城市规划编制。 精细条带1模式：进行海冰表面拓扑、冰山、海面溢油、海岸尺度、洪涝、洪涝淹没范围、农牧林用地、防洪设施、生态格局动态、毒品原植物监测。 精细条带2模式：进行冰凌或海冰、堰塞水体、森林资源相关地类识别、农业普查、海岸带变迁、浅海地形、内波波长、波向、波速、振幅、深度监测。 标准条带模式：进行积雪范围、干旱范围、海冰监测、湖泊藻类、海洋藻类、海冰类型、冰区航道、海面溢油区域尺度、锋面和涡的位置尺度、舰船、海浪监测。
窄幅扫描模式：进行旱情、近海海冰、水体监测。 宽幅扫描模式：进行海冰外缘线、雪覆盖、雪深、极冰监测。 全极化条带1模式：进行农业普查统计、城市建设专题信息提取。 全极化条带2模式：进行积雪范围、干旱范围、海冰、湖泊藻类、海洋藻类监测。 波成像模式：进行海面风场风速、风向、水体监测、干旱、波长、波高、波向监测。 全球观测模式：进行冰融化阶段、内波、土壤水分、海面溢油、干旱、环境应急、极地冰川监测。 扩展低入射角模式：进行船舶、溢油、海冰、海岸带、海洋维权、海洋环境保护和防灾救灾监测。 一、卫星类型 (1)光学卫星：worldview1、worldview2、worldview3、worldview4、quickbird、geoeye、ikonos、pleiades、deimos、spot1、kompsat系例、spot2、spot3、spot4、spot5、spot6、spot7、landsat5(tm)、Sentinel-卫
雷达卫星影像极化方式
北京揽宇方圆信息技术有限公司 雷达卫星影像极化方式 雷达卫星影像在极化方面，不同的被观测物体对于入射的不同极化波，后向散射不同的极化波。因此空间遥感可以使用多波段来增加信息含量，也可以用不同的极化来增强，提高识别目标的准确度。经验表明，对于海洋应用，L波段的HH极化较敏感，而C波段是VV极化比较好；对于低散射率的草地和道路，水平极化使地物之间有较大的差异，所以，地形测绘用的星载SAR都使用水平极化；对粗糙度大于波长的陆地，HH或VV无明显变化。下图所示，同一目标对于四种不同极化的成像，V表示垂直极化。经验表明，不同极化下同一地物的回波强弱不同，图像的色调也不一样，增加了识别地物目标的信息。相同极化（HH，VV）和交叉极化（HV，VH）的信息比较，可以显著地增加雷达图像信息，而且，植被和其他不同地物的极化回波之间的信息差别比不同波段之间的差别更敏感。所以，多极化工作是SAR卫星发展方向之一。
一、卫星类型 (1)光学卫星：worldview1、worldview2、worldview3、worldview4、quickbird、geoeye、ikonos、pleiades、deimos、spot1、kompsat系例、spot2、spot3、spot4、spot5、spot6、spot7、landsat5(tm)、Sentinel-卫星、landsat(etm)、rapideye、alos、kompsat系例卫星、planet卫星、北京二号、高景一号、资源三号、高分一号、高分二号、环境卫星。 (2)雷达卫星：terrasar-x、radarsat-2、alos雷达卫星、高分三号卫星、哨兵卫星 (3)侦查卫星：美国锁眼卫星全系例(1960-1980) 二、卫星分辨率 (1)0.3米：worldview3、worldview4 (2)0.4米：worldview3、worldview2、geoeye、kompsat-3A (3)0.5米：worldview3、worldview2、geoeye、worldview1、pleiades (4)0.6米：quickbird、锁眼卫星 (5)1米：ikonos、高分二号、kompsat、deimos (6)1.5米：spot6、spot7、锁眼卫星 (7)2.5米：spot5、alos、资源三号、高分一号、锁眼卫星 (8)5米:spot5、rapideye、锁眼卫星、planet卫星4米 (9)10米:spot5、spot4、spot3、spot2、spot1、Sentinel-卫星 (10)15米:landsat5(tm)、landsat(etm)
雷达极化基础理论与关键技术
附件15 “雷达极化基础理论与关键技术”重大项目指南 雷达极化是雷达科学与技术领域的基础性问题，主要研究与雷达探测相关的电磁波辐射、散射、传播、接收与处理等过程中的各种极化现象和极化效应。雷达极化在气象探测、地理遥感、低空监视等诸多领域都有重要应用。 随着探测环境的复杂化、应用领域的多样化，对目标和环境特性的精密测量、物理参数反演、目标分类识别、适应复杂电磁环境等提出了越来越高的要求，雷达极化基础理论与关键技术面临着新的挑战和重大发展机遇，主要体现在：①雷达极化信息精确获取能力亟需提升；②复杂目标极化散射机理建模及表征亟需新发展；③雷达极化目标分类识别和抗干扰等关键技术亟需新突破。 本重大项目要求瞄准学科前沿，围绕雷达极化信息精确获取、极化散射特性建模与表征、雷达极化信息应用等关键科学与技术问题，从理论方法、关键技术和应用验证三个层面开展研究。鼓励国内优势科研机构联合申请，协同开展雷达极化基础理论与关键技术的创新研究。 一、科学目标 发展雷达极化基础理论，促进在雷达极化领域取得若干关键技术突破，推动雷达极化理论验证与技术应用。 二、研究内容 （一）雷达极化信息精确获取。 高动态目标极化特性脉内瞬时精确测量理论与技术；大尺度分布式目标极化特性精密测量理论与技术；全极化相控阵雷达精密测量技
术与校准方法。 （二）雷达极化敏感阵列信号处理。 针对复杂目标与复杂电磁环境、极化敏感阵列收发失配等情形的空-时-极化域自适应匹配接收、高容差性多维参数估计、空间-极化域鲁棒自适应波束形成、极化敏感阵列最优设计理论与技术。 （三）复杂目标极化散射特性建模、表征及验证。 不同结构和材料的目标极化散射机理及表征模型；复杂人造目标极化特性高精度数值建模与实验室测量的理论与方法；目标宽带极化散射特性室内单/双站测量技术与理论模型验证方法，主/交叉极化幅度测量不确定度优于2dB，相对相位测量不确定度优于5度。 （四）雷达极化抗干扰。 非匀质杂波干扰环境中的雷达目标极化检测与跟踪的理论和方法；非平稳射频干扰的自适应极化抑制理论和技术；电磁波极化变换抗干扰理论和技术。在典型雷达系统上验证对非匀质杂波和动态射频干扰的极化抑制能力，抑制比均大于15dB，并能实现低空慢速目标的极化检测与跟踪。 （五）雷达目标极化分类识别。 空中/空间目标窄带、一维/二维高分辨极化特征提取与分类识别的理论和方法；海面/地面目标二维高分辨极化特征提取与分类识别的理论和方法；复杂人造目标三维极化成像结构特征提取与分类识别的理论和方法。典型场景下空中/海面等目标极化分类识别正确率不低于85%。 构建雷达极化技术综合验证平台，开展瞬时精确极化测量、多模式极化敏感阵列信号处理、极化抗干扰和目标极化分类识别等技术的演示验证实验与应用研究。 三、资助期限5年（2015年1月至2019年12月）
SAR雷达卫星的极化方式
雷达卫星极化方式HH、VV、HV、VH 1.什么是SAR极化方式？ 国科创（北京）信息技术有限公司-极化方式(Polarization）: H水平极化；V 垂直极化，即电磁场的振动方向，卫星向地面发射信号时，所采用的无线电波的振动方向可以有多种方式，目前所使用的有： 水平极化（H）：水平极化是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是水平方向。垂直极化（V）：垂直极化是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是垂直方向。使用H和V线性极化的雷达系统用一对符号表示发射和接收极化，因此可以具有以下通道—HH、VV、HV、VH。 雷达遥感系统常用四种极化方式： （1）HH-用于水平发送和水平接收 （2）VV-用于垂直发送和垂直接收 （3）HV-用于水平发送和垂直接收
（4）VH-用于垂直发送和水平接收 这些偏振组合中的前两个被称为相似偏振，因为发射和接收偏振是相同的。最后两个组合称为交叉极化，因为发送和接收极化彼此正交。 2.什么是SAR中单极化、双极化、全极化？ 电磁波发射分为水平波（H）和垂直波（V），接收也分为H和V；单极化是指（HH）或者（VV），就是水平发射水平接收或垂直发射垂直接收；如果研究的是气象雷达领域那一般都是（HH）。 双极化是指在一种极化模式的同时，加上了另一种极化模式，如（HH）水平发射水平接收和（HV）水平发射垂直接收。 全极化技术难度最高，要求同时发射H和V，也就是（HH）（HV）（VV）（VH）四种极化方式。 雷达系统可以具有不同级别的极化复杂度： （1）单极化-HH或VV或HV或VH （2）双极化-HH和HV，VV和VH或HH和VV （3）四个极化-HH，VV，HV和VH 正交极化（即极化）雷达使用这四个极化，并测量通道之间的相位差以及幅度。一些双极化雷达还测量通道之间的相位差，因为该相位在极化信息提取中起着重要作用。 雷达卫星影像在极化方面，不同的被观测物体对于入射的不同极化波，后向散射不同的极化波。因此空间遥感可以使用多波段来增加信息含量，也可以用不同的极化来增强，提高识别目标的准确度。 3.如何选择SAR雷达卫星极化方式？ 经验表明，对于海洋应用，L波段的HH 极化较敏感，而C波段是VV 极化比较好；对于低散射率的草地和道路，水平极化使地物之间有较大的差异，所以，地形测绘用的星载SAR 都使用水平极化；对粗糙度大于波长的陆地，HH或VV
雷达数字信号处理解决方案
雷达数字信号处理解决方案 1.背景 数字信号处理是现代通信、雷达和电子对抗设备的重要组成部分。在实际应用中，利用数字信号处理技术对接收数据进行处理，不仅可以实现高精准的目标定位和目标跟踪，还能够将目标识别、目标成像、精确制导、电子对抗等功能进行拓展，实现多种业务的一体化集成。 在现代雷达系统中，随着有源相控阵和数字波束形成（DBF）技术的广泛应用，接收前端存在大量的数据需要并行处理，并需要保证高性能和低延迟的特点。雷达日益复杂的应用环境，让雷达系统具备自适应于探测目标和环境的能力，数字信号处理部分也需要使用多种更加复杂的算法，并且可以做到算法模块化，以及通过软件配置功能模块的参数，实现软件定义的功能。更大的数据处理带宽能够使雷达获得更高的分辨率，更高的工作频率使得雷达可以小型化，能够在更小的平台上安装，这样对于硬件平台实现也有低功耗的要求。 在电子对抗设备中，可以在最短的时间内对多个威胁目标进行快速分析和响应，同样需要数字信号处理的相关算法具备高实时，高动态范围和自适应的特点。如何在宽频噪声的环境中寻找到目标的特征数据，如何在宽带范围内制造虚假目标实现全覆盖，数字信号的处理性能是至关重要的设计因素。 加速云的SC-OPS和SC-VPX产品，针对5G通信和雷达的数字信号处理的要求，结合Intel最新14nm 工艺的Stratix10 FPGA系列，提供了一套完整的硬件和软件相结合的解决方案。SC-OPS产品作为单独的硬件加速卡，通过PCIe插卡的方式实现与主机的通信功能，还可以通过多卡级联的方式实现数字信号的分布式处理方案。SC-VPX产品是由FPGA业务单板、主控板和机箱组成的VPX系统。借助于FPGA可编程的特性，加速云提供了高性能数学加速库FBLAS和FFT的RTL级IP，具有高性能和算法参数可配置的特点实现了多重信号分类（MUSIC）和自适应数字波束形成（ADBF）的核心算法，提高了5G通信和雷达在对抗干扰方面的性能。为了方便客户使用高层语言开发，加速云提供基于FPGA完整的OpenCL异构开发环境，快速实现用户自定义的信号处理加速方案。 图1. 加速云SC-OPS和SC-VPX产品
雷达系统中的信号处理技术
雷达系统中的信号处理技术 摘要本文介绍了雷达系统及雷达系统信号处理的主要内容，着重介绍与分析了雷达系统信号处理的正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测几种现代雷达技术，雷达系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾，通过MTD来探测动目标，通过恒虚警（CFAR）来实现整个系统对目标的检测。 关键词雷达系统正交采样脉冲压缩MTD 恒虚警检测 1雷达系统概述 雷达是Radar（Radio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角，还包括目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。典型的雷达系统如图1，它主要由雷达发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备组成。 图1雷达系统框图
随着现代电子技术的不断发展，特别是数字信号处理技术、超大规模集成数字电路技术、计算机技术和通信技术的告诉发展，现代雷达信号处理技术正在向着算法更先进、更快速、处理容量更大和算法硬件化方向飞速发展，可以对目标回波与各种干扰、噪声的混叠信号进行有效的加工处理，最大程度低剔除无用信号，而且在一定的条件下，保证以最大发现概率发现目标和提取目标的有用信息。 雷达发射机产生符合要求的雷达波形，然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由雷达接收机接收，然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理，就可以获知目标的相关信息。 雷达信号处理的流程如下： 图 2 雷达信号处理流程 2雷达信号处理的主要内容 雷达信号处理是雷达系统的主要组成部分。信号处理消除不需要的杂波，通过所需要的目标信号，并提取目标信息。内容包括雷达信号处理的几个主要部分：正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测。 正交采样是信号处理的第一步，担负着为后续处理提供高质量数据的任务。采样的速率和精度是需要考虑的首要问题，采样系统引起的失真应当被限定在后续信号处理任务所要求的误差范围内，直接中频数字正交采样是当代雷达的主要技术之一。脉冲压缩技术在现代雷达系统中得到了广泛的应用。脉冲压缩雷达既能保持窄脉冲雷达的高距离分辨力，又能获得脉冲雷达的高检测力，并且抗干扰能力强。现在，脉冲压缩雷达使用的波形正在从单一的线性调频发展到时间、频率、编码混合调制，在尽可能不增加整机复杂度的条件下实现雷达性能的提升。杂波抑制是雷达需要具备的重要功能之一。动目标指示与检测是通过回波多普勒频移的不同来区分动目标和固定目标，通过设计合理的滤波器（组），就可以把目标号和杂波分开。
雷达信号处理和数据处理技术
雷达信号处理和数据处理技术 定价: ￥89.00元金桥价: ￥84.55元节省: ￥4.45元 内容简介 雷达信号处理和数据处理技术是雷达的神经中枢。信号处理通过对雷达回波信号的处理来发现目标和测定目标的坐标和速度等，形成目标点迹，数据处理通过对目标点迹的处理形成目标的航迹供指挥决策使用。 本书的主要内容包括雷达信号的形式、雷达杂波抑制、雷达脉冲压缩、雷达信号检测、雷达抗干扰、雷达目标识别、雷达点迹处理和雷达航迹处理等。 全书共14章，第1章为概论，第2章到第10章为雷达信号处理技术，第11章到第14章为雷达数据处理技术。全部内容既包含处理理论，也包含设计技术。 本书可以帮助雷达工程技术人员和雷达使用人员掌握有关雷达信号处理和数据处理技术，解决有关应用问题；同时还可以作为高等学校电子工程相关专业高年级本科生和研究生的参考用书。 雷达信号处理基础 定价: ￥55.00元金桥价: ￥52.25元节省: ￥2.75元
内容简介 本书译自国际著名雷达信号处理专家Mark A. Richards教授编写的教科书。该书介绍了雷达系统与信号处理的基本理论和方法，主要内容包括：雷达系统导论、雷达信号模型、脉冲雷达信号的采样和量化、雷达波形、多普勒处理、检测基础原理、恒虚警率检测、合成孔径雷达成像技术、波束形成和空-时二维自适应处理导论。书中包含了大量反映雷达信号处理最新研究成果和当前研究热点的补充内容，提供了大量有助于读者深入的示例。该书对基础理论和方法进行了详尽的介绍与深入严谨的论述，是一本雷达信号处理领域中高水平的教科书。 本书适合于从事雷达成像、检测、数据处理及相关信号处理的研究生作为教材使用，也是相关专业研究人员不可多得的一本参考书。Mark A.Richards。博士，佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的首席研发工程师和兼职教授。他具有20余年在学术界、工业界及政府部门从事雷达信号处理和嵌入式计算方面研究的经历。他曾被聘为美国国防高级研究计划署项目经理、IEEE 2001年雷达会议的总主席，以及IEEE图像处理和IEEE信号处理期刊的副编辑。Eichards博士长期从事关于雷达信号处理、雷达图像处理及相关学科的研究生教育和职业教育。这本严谨的著作源自于一位该领域令人尊敬的领导者，它提供了其他文献中所没有的关于雷达DSP基础及其应用的详细内容。对于那些不只想从普通雷达系统的书籍中粗略学习信号处理，还想学到更多关于信号模型、波形、干扰抑制、探测，以及诸如SAR和SFAP等高级雷达信号处理主题的人而言，本书是非常合适的。经过多年研究生和职业教育的完善与检验，这本深入介绍雷达DSP技术的书籍，以现有的先进雷达技术为基础，全面讨论了以下几方面的问题，并提供了详尽的例子：多域信号获取和采样、目标和干扰模型、常见雷达波形、干扰抑制技术、检测算法和工具、合成孔径成像和自适应阵列处理基础。 信息传输与正交函数 定价: ￥28.00元金桥价: ￥26.60元节省: ￥1.40元 内容简介 本书叙述了非正弦正交函数理论和以之为基础的信息传输系统，主要内容包括正交函数系、信息传输的基本思想和方法，移动通信与正交函数之间的关系，沃尔什函数的复制生成理论，一般复制生成理论及桥函数的概念，沃尔什函数及桥函数的相关函数的定义及其特性，序率分割制多路传输系统，信息传输系统的统一模型等。 本书可供从事通信、遥控、遥测和雷达工作的技术人员、科研人员以及高等院校师生参考。 DSP开发应用技术
雷达信号处理及目标识别分析系统方案
雷达信号处理及目标识别分系统方案 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室 二○一○年八月
一 信号处理及目标识别分系统任务和组成 根据雷达系统总体要求，信号处理系统由测高通道目标识别通道组成。它应该在雷达操控台遥控指令和定时信号的操控下完成对接收机送来的中频信号的信号采集，目标检测和识别功能，并输出按距离门重排后的信号检测及识别结果到雷达数据处理系统，系统组成见图1-1。 220v 定时信号 目标指示数据 目标检测结果输出目标识别结果输出 图1-1 信号处理组成框图 二 测高通道信号处理 测高信号处理功能框图见图2-1。 s 图2-1 测高通道信号处理功能框图
接收机通道送来中频回波信号先经A/D 变换器转换成数字信号，再通过正交变换电路使其成为I 和Q 双通道信号，此信号经过脉冲压缩处理，根据不同的工作模式及杂波区所在的距离单元位置进行杂波抑制和反盲速处理，最后经过MTD 和CFAR 处理输出检测结果。 三 识别通道信号处理 识别通道信号处理首先根据雷达目标的运动特征进行初分类，然后再根据目标的回波特性做进一步识别处理。目标识别通道处理功能框图见图3-1所示。 图3-1 识别通道处理功能框图 四 数字正交变换 数字正交变换将模拟中频信号转换为互为正交的I 和Q 两路基带信号，A/D 变换器直接对中频模拟信号采样，通过数字的方法进行移频、滤波和抽取处理获得基带复信号，和模拟的正交变换方法相比，消除了两路A/D 不一致和移频、滤波等模拟电路引起的幅度相对误差和相位正交误差，减少了由于模拟滤波器精度低，稳定性差，两路难以完全一致所引起的镜频分量。 目标识别结果输出
雷达信号处理
第5章雷达信号处理 5.1 雷达信息处理综述 在20世纪70年代初出现的村船用ARPA设备中，将雷达、陀螺罗经、计程仪及其它传感器信息通过若干处理机和专用快速硬件，进行综合处理，从而实现后面将要讨论的船用ARPA的各种功能。可见，雷达信号、数据处理在包括船用ARPA系统等各种雷达应用系统中占有十分重要的地位。雷达信号处理用在目标回波信号检测之前，而数据处理（含数据录取、目标跟踪、识别、计算、危险判断等）则在检测之后。 船用雷达ARPA系统包括传感器（俗称“雷达头”）和雷达信号处理、数据处理及ARPA 终端显示等部分部分，构成的雷达ARPA系统的简化原理框图，如图5－1所示。 图5－1雷达ARPA系统简化原理框图 雷达信号处理内容这里指的是从传感器（雷达头）取得目标的回波视频信号后进入“雷达信号处理器”，处理的内容包括原始视频信号的量化处理，即通过A／D处理和杂波处理。并在此基础上，进行目标信号检测并利用一定的方法来抑制海浪、雨雪、相邻同频段雷达以及机内噪声等各种干扰杂波，处理后的视频信号在和某个检测门限进行比较，若信号招过检测门限，则被判断为“发现”目标，过程是自动的，即目标自动检测，然后将目标信号输送到“数据录取器”，以测量目标的距离、航向、航速等数据以及未来可能应用的其它一些目标特性。数据录取器输出的便是目标观测值的估计，称为目标点迹。数据录取是由ARPA计算机来实现的。由数据录取器输出的目标点迹数据，在“数据处理器”中完成各种相关处理。 雷达数据处理这里指的是雷达从数据录取器取得目标的位置、运动参数（如径向距离、径向速度、方位等）后进行的对目标测量数据进行互联、跟踪、滤波、平滑预测等运算。这些处理可以有效地抑制测量过程中引入的随机误差，精确估计目标位置和有关的运动参数（如航向、航速等），预测目标下一个时刻的位置，并继续进行跟踪，形成稳定的目标航迹。同时，还要进行船舶与船舶间的碰威判断、报警等的各种数据处理，形成船用ARPA系统相应的各种功能，而这些功能均可在终端显示屏上进行操控显示。 观察雷达测量数据进行处理的层次看，倘若将雷达信号处理看成为“第一次处理”，那么雷达数据处理则称为“第二次处理”，而将军用雷达中的拦截判定、拦截指令计算、拦截方式和杀伤概率计算等或港口多雷达站需要进行的多部雷达信息传递、中心站汇总、再处理则可称为“第三次处理”。而从对测量数据进行处理的级别看，上述的分次处理，可依次分别称为“一级处理”、“二级处理”、“三级处理”。要注意的是，不论是按依次或依级，没有前者的处理，就不可能进行后者的处理。亦即，二级处理基于一级处理，三级处理则基于一、二级处理。 本篇将讨论与上述相关的雷达信息处理的一般原理与实现方法，讨论基本是针对船用ARPA系统各项功能进行的。 5.1.1雷达信号、数据的三级处理
雷达信号处理技术与系统
雷达信号处理技术与系统 设计
脉冲多普勒雷达信号处理仿真 一、雷达概述 雷达是Radar（Radio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角，还包括目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。 典型的雷达系统如图1，它主要由雷达发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备组成。 收发转换开关天线发射的电磁波 目标 雷达发射机 接收的电磁波 雷达接收机 信号处理机 数据处理机 终端显示 图1 雷达系统框图 雷达发射机产生符合要求的雷达波形，然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由雷达接收机接收，然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理，就可以获知目标的相关信息。 二、雷达信号 雷达发射信号可以分为连续信号和脉冲信号，常规雷达信号包括非相参脉冲信号、相参脉冲信号、参差变周期脉冲信号、步进频率脉冲信号、线性调频信号、非线性调频信号、相位编码信号等，这里主要介绍常用的线性调频信号，非线性调频信号，相位编码信号等。 1.线性调频信号 为了实现雷达发射能量与分辨率之间的矛盾，线性调频脉冲压缩体制的发
射信号其载频在脉冲宽度内按线性规律变化即用对载频进行调制(线性调频)的方法展宽发射信号的频谱，使其相位具有色散。 LFM （Linear Frequency Modulation ）信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为： ) 2(22)( )(t K t f j c e T t rect t s +=π 式中c f 为载波频率，()t rect T 为矩形信号，即 11()0,t t rect T T elsewise ? , ≤?=?? ? B K T = ，是调频斜率。于是，信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤，根 据K 的正负可以分为两种典型的chirp 信号，如图2所示。 图2 典型的chirp 信号 （a ）up-chirp(K>0)（b ）down-chirp(K<0) 2. 非线性调频信号 非线性调频脉冲信号是指脉内频率调制函数是非线性函数的一类信号。可以表示为： ))(exp()()(t j t u t x ?= )(t x 的调频函数：∑+∞ =-+= =1 1 2sin )()()(n nt n K B Bt f T t f τ πτ )(t x 的相位函数：∑ ?+∞ =∞ -+= =1 2 2sin )(2)(2)(n t nt n n K B t B dv v f t τ πττ π π?