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[硕士论文] 韩刘帮
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:旋转式激光雷达(LiDAR,Light Detection and Ranging)是一种集激光技术、雷达技术和光机电一体化技术于一体的主动式探测技术,已成为获取空间三维数据的一种重要技术手段。旋转式激光雷达具有探测范围广、精度高、速度快、稳定性好等优点,在军事、汽车、SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)建图、火灾救援、无人机避障与路径规划以及煤矿下巷道变形监测等领域具有重要应用价值。
  本文在详细剖析传统旋转式激光雷达系统组成和关键技术的基础上,主要从旋转式激光雷达的数据传输方式、旋转实现方式、控制器编程方式等方面进行改进:
  首先,针对传统旋转式激光雷达系统旋转部分与固定部分之间采用电刷通信导致的寿命低、转速慢的问题,提出了替代传统电刷的基于LiFi(Light Fidelity)的全双工无线通信系统进行旋转式激光雷达旋转部分与固定部分间的数据传输。
  其次,根据旋转式激光雷达的测量距离和测量速度需要,选择了合适的激光测距传感器;同时,为了解决旋转部分供电问题,设计了无线供电模块,并根据旋转式激光雷达的特点设计了中空式的永磁式无刷电机,来实现旋转式激光雷达旋转部分的供电与旋转;并设计了机壳等相关结构。
  再次,使用LabVIEW for STM32编程环境分别对旋转式激光雷达旋转部分与固定部分的控制器进行了程序编写,并对上位机数据处理软件进行了程序设计,从而构成了旋转式激光雷达的软件系统部分。
  最后,对旋转式激光雷达进行了扫描测试及误差分析,并对通过旋转式激光雷达扫描及上位机软件处理后得到的点云图像进行了基于SIFT算法的人体轮廓识别。
[硕士论文] 徐龙阳
计算机科学与技术 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:基于位置信息服务(Location Based Service,LBS)技术已经被广泛应用在导航、救援以及定位追踪等领域。由于室内环境复杂易变,无法很好感知卫星信号,GPS定位难以满足人们的定位需求,国内外学者提出多种室内定位技术如红外线定位、超声波定位、RFID定位、WIFI定位,移动传感器定位等,这些技术取得较好的定位效果,但普遍存在各自的局限性,难以实现大规模推广应用。
  本文针对移动智能手机内嵌的多种传感器(加速度计、陀螺仪以及磁力计等)实现行人航位推算(Pedestrian Dead Reckoning,PDR)存在的传感器漂移、累计误差等问题,展开研究工作,具体研究为以下三个方面:
  (1)BP神经网络模型预测移动距离。传统PDR技术通过行人步数检测、步长估计来实现行人移动距离计算,步骤繁琐,容易出现检测和计算误差。本文引入BP神经网络模型,利用大量数据对模型进行训练和测试,实现较好的预测效果,从而有效减少传统PDR技术计算移动距离带来的计算误差。
  (2)设计一种微航向角融合算法。行人行走方向可以通过陀螺仪和磁力计计算得到,由于传感器自身测量不精确性和环境的干扰,单一传感器计算角度具有较大的累积误差。因此,本文提出了一种微航向角融合算法,通过将行人行走过程划分四类微场景,利用三种微航向角进行分类加权融合获得行走航向角,有效降低传感器的累积误差。
  (3)行人室内位置追踪。通过行人移动距离和航向角,实现位置追踪。本文一共测试16个人,实验结果表明,相对于使用单一的陀螺仪或磁力计计算方向角,定位误差保持在1~4m范围内,PDR(BP+陀螺仪)方法有7个人。PDR(BP+磁力计)方法仅有4个人。提出的定位方法PDR(BP+微航向角融合)结果有12个人的,占总人数的75%,其中,最好的定位误差仅有2.16m,表明提出的定位方法能够有效降低误差累积影响。
[硕士论文] 汪强
电路与系统 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目标的电磁散射特性作为雷达侦测、识别、追踪目标的信息来源一直是计算电磁学领域探究的热点。如何高效的对其进行定量分析也一直受到研究者们的广泛关注。本文围绕特征基函数法(CBFM)进行展开,针对CBFM在求解目标单站雷达散射截面(RCS)中存在的不足提出了一些改进措施,以达到提高算法求解效率的目的。
  本文首先介绍了矩量法(MOM)的基本原理,接着详细介绍了CBFM,CBFM根据其构造基函数(CBFs)的方式不同又分为三类,其中基于奇异值分解的特征基函数法(SVD-CBFM)由于构造出的CBFs和缩减矩阵不随激励变化而改变,因此非常适用于目标单站RCS问题的求解,本文正是在SVD-CBFM的基础上提出了一些改进措施。
  SVD-CBFM在构造CBFs时需要大量的平面波激励照射每一个子域,得到的CBFs数目较多,造成奇异值分解的时间较长。此外,该方法没有考虑到激励中存在的冗余信息,且忽略了不同子域之间的互耦作用,计算精度很难进一步提高。针对上述不足,本文提出一种改进的特征基函数法(ICBFM),ICBFM首先考虑到激励中存在的冗余信息,利用奇异值分解去除激励中的冗余量;其次,ICBFM充分考虑到子域间的互耦作用,求解出子域的次要特征基函数,同时为了不增加CBFs的数目,ICBFM利用融合CBFs的措施重新构造出了一种新的CBFs,由于新的CBFs中包含了次要特征基函数的信息,因此在CBFs数量没有增加的情况下计算精度却得到了提高;最后,为了进一步节约求解时间,提出了基于ICBFM的加速技术,有效地提高了ICBFM的求解效率。
[硕士论文] 张俊杰
计算机科学与技术 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:受限于地理位置、气候等因素影响,不便于采用真实雷达开展教学。使用雷达模拟器进行实训教学是一种可行的手段。以高程数据作为雷达仿真图像的底层数据,优点是精度高,应用灵活,可用来构建三维地形。本文对高程数据进行深入研究,并结合雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)模型和计算机仿真技术,主要研究内容如下:
  (1)针对高程数据的特点,从数据融合、采样插值、文件拼接、文件分割和索引等方面对高程数据的处理方法进行研究。提出将电子海图的航道和人工建筑信息融入高程数据,为RCS建模奠定基础;通过实验分析三种高程插值方法的优缺点以应对不同采样精度需求;介绍了对零散高程数据块的拼接方法;提出基于四叉树的文件分割与索引算法,便于后续数据文件的查找使用。
  (2)以高程数据为基础,对不同类型目标的RCS计算方法进行研究。针对人工建筑,使用改进的Gordon方法和高阶抛物线方程法分别用于大、小型目标的RCS计算,并验证实验结果;针对自然地形,介绍了基于小平面单元模型的RCS计算方法,该方法借助于归纳统计的地形地貌因子,可获得较真实的结果;针对高程数据特性,提出地面回波强度计算公式,通过统计高程分布概率,人工拟合参数变化曲线,突显目标回波强弱差异。
  (3)以RCS为影响目标回波强弱的主要因素,对雷达图像进行仿真。在仿真前,提出RCS预计算方法,设计了RCS储存和检索的数据结构,降低实时计算量;在仿真中,改进扫描线求解方法,解决像素点重复计算和遗漏问题;在仿真后,针对图像计算误差,提出基于KNN的图像填充算法,优化图像质量。
  最终结果图像岸线轮廓与卫星图像基本吻合,目标正确且仿真效果良好,证明了由高程数据生成雷达仿真图像的可行性,该研究成果已成功应用于某型航海雷达模拟器中。
[硕士论文] 王肖玥峰
控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:室内定位技术的影响延伸到了包括军事、科技、以及人们普通生活在内的各个领域。信号强度室内定位是一种新颖的定位方法。本文根据信号强度衰减的规律,设计了一种较为准确的定位方案。论文主要工作如下:
  (1)对信号强度衰减的规律进行了研究。利用cc1101芯片进行实验验证了信号强度受外界遮挡的影响;通过大量测信号强度实验的数据得到信号强度变化函数的参数;将信号强度变化函数通过cc1101芯片进行测距实验,分析该芯片测距的规律。
  (2)设计了一种改进的压缩感知定位方法。压缩感知定位方法复杂度较大,对较多的目标进行定位时准确度不高,为此本文提出了一种简化的压缩感知算法,在降低复杂度的同时满足对大量目标定位精度不下降的功能。
  (3)设计了一种改进的三边测量法。cc1101芯片受较近距离的遮挡物影响比较大,本文提出一种剔除无效数据的三边测量法,克服了部分定位模块受遮挡物干扰后导致定位精度下降的问题。
  (4)设计了一套定位系统。对定位模块和目标模块进行了硬软件设计,使用压缩感知算法与三边测量法结合的方法作为定位算法,并利用平台实现该方法定位。
  实验结果表明,本文提出的压缩感知与三边测量法结合后的定位方法具有较好的定位精度,并同时克服了三边测量法不能够准确定位较远距离的目标的缺点和压缩感知算法数据量庞大的缺点,具有一定的优越性。
[硕士论文] 方辉
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:为了实现对侧壁悬挂式雷达多维隔振的目的,提出了一种基于并联机构的隔振平台。由于机载雷达侧壁悬挂的特殊性及工作空间的要求,对隔振器提出了双向隔振、尺寸和重量的要求。本课题设计的隔振平台满足10°倾角侧壁悬挂的安装方式、安装位置以及多维隔振性能等要求。隔振平台为基于并联机构的八杆被动隔振装置,自由度为6,具有多维隔振功能;因为侧壁式悬挂时隔振杆既有受压也有受拉状态,单个隔振杆具有拉压双向隔振性能;同时,该平台具有冗余保护和大位移保护设计,以提高机载雷达可靠性。利用Adams软件对隔振平台进行正弦扫频和半正弦波冲击仿真以及隔振器行程仿真,验证平台具有多维隔振和防冲击性能;设计振动实验所需夹具,满足模拟机载雷达板侧壁式工作要求。完成原理样机制造并在振动台上对原理样机进行正弦扫频和半正弦波冲击实验,隔振器大位移行程实验。对比仿真和实验数据可以发现,仿真模型与实验模型具有较好的一致性,该隔振平台具有良好的减振性能,对侧壁悬挂式雷达具有很好的保护作用。
[硕士论文] 徐盛良
检测技术与自动化装置 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:目前,室外导航技术在人们的生活中己被广泛应用。而在卫星导航系统难以覆盖的室内环境,位置服务的需求日益迫切。随着经济的高速发展、智能制造技术的快速上升,工厂、仓库、大型室内场馆、个人位置服务等领域都需要精准的室内位置信息。在消防救援、应急疏散等特殊场景下,室内定位显得尤为重要。故需要一个高精度、低成本、低功耗、快速响应的室内定位系统。
  本文基于射频信号强度及超声波测距原理,提出了一种射频与超声结合的室内网格定位方法与系统。在M×L个方格的定位区域内,每个方格的4个角各安装一个带有无线通信功能和可测出信号强度的超声波测距模块构成定位基点。待定位的移动目标首先读取定位区域内几个特殊的定位基点的信号强度值,根据信号强度的强弱将定位区域缩小,然后在缩小的区域通过超声波测距进行精确定位。
  论文对系统进行了软硬件设计,对静态和动态定位进行了实验,并对关键元件进行了选型和参数设置。基于单片机的硬件系统包括定位基点模块、移动目标模块、无线通信模块。软件采取了模块化设计,给出了各程序流程图,并进行了上位机设计。
  本文通过射频信号强度的强弱确定出粗定位区域,超声波测距确定出移动目标的准确位置,大大降低了功耗,且成本低,精度高。采用不同信道、地址滤波进行数据传输,建立无线自组网系统,抗干扰性变强,数据传输稳定。对超声波测距值进行线性补偿,然后对定位出的坐标值进行移动平均滤波法滤波,使数据更加可靠和准确。系统将定位出的坐标显示在可视化界面上,实现实时跟踪显示。对测距数据和定位数据进行了大量实验,并进行了误差补偿和分析,实验结果表明,静态定位偏差不大于4cm,动态定位偏差不大于5cm。
[硕士论文] 刘安
计算机科学与技术 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着基于位置信息服务的不断发展以及无线网络的广泛部署,人们对于位置信息的需求日益提高,包括查找路径,消费推介,兴趣点发现等等,利用无线信号获取目标的位置信息成为研究的热点。在室外定位技术领域,利用GPS的定位是行之有效的方法,但是由于“城市峡谷”效应,在室外的环境中信号会受到各种建筑物的影响,产生严重的信号衰落与多路径效应,使得GPS方法在室内的环境中无法正常工作。其他的技术,由于部署困难、精度要求、抗干扰能力差等原因而得不到推广与应用。通过探测无线电信号强度,可以检测人在移动过程中对信号强度的改变,得到信号损耗的变化,并转变为距离参数来确定行动轨迹。但是信号接收强度(Received Signal Strength,RSS)信号会随着时间波动,而且对环境噪声具有很强的敏感度,会对定位结果造成很大的偏差,因此在实际运用中效果较差。近几年兴起的信道状态信息(Channel State Information,CSI)方法在准确度上有了很大的提升,但是基于CSI的方法大多需要对位置信息建立指纹数据库,因此对于在未知环境中进行位置识别较难实现,对定位的实时性也有较大的影响。本文的主要研究内容如下:
  1.在室内定位中,非视距传播路径对于信号传播具有很严重的影响,所以识别出定位区域内的非视距路径对于定位准确度具有重要意义,本文提出了对视距传播路径与非视距传播路径的二分类:在实验中发现振幅的分布特性与相位差在不同环境条件下的变化是有迹可循的,提出了基于SVM的特征分类方法来对遮挡条件进行识别。实验结果表明提出的分类方法在真实场景中可以取得较好的分类结果。
  2.目标在移动过程中,对于已知位置的参考点而言,往往伴随着不同的角度变化与距离变化,本文中将已知位置的发射端作为参考点,提出了一种利用CSI信息的、可在未知环境中进行轨迹跟踪的方法,通过将定位区域划分为一些大小相同的区间,这些区间可以表示为由(λ,θ)构成的二元组,分别代表了与AP(Access Point,AP)的距离信息与角度信息。利用物理层的CSI信息作为数据的来源,可利用手持装备(device-based)及非手持装备(device-free)进行数据收集,通过对二维信息的分析来实现室内位置的确定。
  3.在对传统的基于指纹数据库的室内定位方法进行复现的过程中,发现了误差与效率低的原因,并提出了改进的方法:利用SVD方法对子信道信息进行信道融合的指纹信息获取方法,降低了由于CSI的不确定性衰落带来的准确度误差,同时简化了指纹对比过程,提高了效率。本文在建立指纹数据库时,考虑到了由于待测点改变对整体指纹数据库的动态影响,减小了定位误差。对不同场景进行分析,发现在利用KNN算法进行指纹匹配时,最合适的k值不仅与场景的几何特征有关,也与场景的多径效应程度相关,从而进一步提高了定位的准确度。
[硕士论文] 张子煜
控制理论与控制工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着毫米波雷达在智能交通工具上的大规模应用,对雷达测量范围与精度的要求越来越高,雷达的测试问题日益突显。雷达发射信号作为雷达系统的一个重要组成部分,其功率、频率、调制方式等参数是影响雷达工作性能的关键因素。需设计一款毫米波雷达信号测试与分析系统,实现对毫米波雷达发射信号的测试评估。
  本文以毫米波雷达发射信号为研究对象,对系统测试方案、关键技术和系统实现进行了讨论与研究。主要内容如下:
  (1)对雷达发射信号进行研究,制定了毫米波雷达发射信号测试方案。对毫米波雷达测试标准进行研究,从时域、频域和调制域三个方面分析测试需求,确定了测试内容和系统结构。
  (2)对毫米波雷达信号检测方法和调制参数估计方法进行研究。利用时频分布估计信号瞬时调频斜率,基于瞬时调频斜率对雷达发射信号进行检测,得到发射信号中有效分量的起止位置;利用核函数改进信号的时频分布,采用时频分布峰值提取的方法,得到信号调制参数估计;在MATLAB环境中利用三角波和锯齿波调制信号,对算法进行了仿真对比,提高了调制域参数的估计精度。
  (3)对雷达发射信号测试与分析系统进行设计,给出了系统的总体结构和测试软件架构;详细设计了控制模块、通信模块、数据处理模块以及显示模块,完成毫米波雷达信号测试与分析软件设计。
  (4)利用模拟信号源产生三角波线性调频信号和锯齿波线性调频信号,对本文设计的毫米波雷达信号测试与分析系统进行测试和分析。
[硕士论文] 李罩羚
集成电路工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着信息技术的高速发展和智能手机的普及,基于手机的室内定位技术逐渐成为研究的热点。目前在室内定位技术中,基于地磁匹配(Magnetic Matching,MM)的室内定位方法,无需额外设施仅利用地磁场在室内受到软磁体和硬磁体的磁场干扰而产生的各点异性,通过指纹匹配(Fingerprint Matching,FM)的方法即可实现快捷准确的定位。在室内环境下,地磁数据与手机的姿态和高度密切相关,而在不同使用场景下手机的姿态和高度有显著差别,虽然通过对磁力计的标定可以减小姿态对地磁数据的影响,但依旧残留了很多误差,而高度对地磁的影响,有些论文虽有提及,但并没有深入研究。
  本文研究了高度对采集的地磁数据的影响,考虑到手机大部分时间都是处于打电话、发短信、导航和放在口袋中这几种场景,分析了这四种场景下手机的姿态和高度的区别以及对采集的地磁数据的影响,提出一种适用于手机多使用模式的WiFi辅助地磁定位方法,具有更好的鲁棒性,在不同场景下都能精确定位。该定位方法根据高度来划分模式,通过姿态判断手机所使用的模式,建立手机在不同使用模式下相对应的离线地磁指纹数据库,实现在手机多种使用场景下准确匹配地磁指纹。同时融合已有的WiFi定位技术,通过WiFi的定位结果限定地磁指纹的搜索范围,实现更准确的地磁指纹匹配,提高定位精度。
  实验结果表明,在手机不同使用模式下,基于使用模式识别的WiFi辅助地磁指纹匹配组合定位系统的平均定位精度达到3.6m,且有很好的鲁棒性。
[博士论文] 孙冬全
电子科学与技术;电磁场与微波技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:间隙波导技术是近年微波毫米波研究领域的一项新技术,它采用平行放置的金属良导体表面以及人工磁导体表面作为电磁屏蔽手段。两个表面无需直接的物理接触即可形成一个宽带的电磁禁带。目前,常见的间隙波导结构包括:脊间隙波导、槽间隙波导、倒置微带间隙波导等。脊间隙波导的主模为TEM模,与微带线类似。槽间隙波导的传输主模为准TE10模,与矩形波导类似。与微带线相比,脊间隙波导采用空气作为介质,具有较低的插入损耗。脊间隙波导又是一种封闭式传输线结构,具有更高的电磁兼容特性。与传统波导相比,槽间隙波导不需要直接的物理接触。这使得槽间隙波导具有更高的设计便利性,且无需考虑电气接触问题。因此,开展间隙波导技术研究具有重要价值。另一方面,单天线体制的毫米波FMCW反射功率对消技术是FMCW雷达技术的研究热点之一。本文结合间隙波导技术,对35GHz单天线FMCW反射功率对消技术以及FMCW单目标测距雷达系统开展了相应的研究。本文的主要研究进展包括以下几个方面:
  1.对基于间隙波导技术的宽带阵列天线技术开展了相关的研究。目前,间隙波导阵列天线普遍采用脊间隙波导或者垂直极化槽间隙波导作为馈电方式,工作带宽低于15%。本文首次采用水平极化槽间隙波导作为馈电方式,成功研制了中心频率为35GHz的高效率8×8阵列天线。该天线由四层金属层构成。天线的最底层为由T型槽间隙波导功分器级连而成的4×4馈电网络。第二层为4×4相位调整层。该层通过改进的扭波导阵列解决了T型水平极化槽间隙波导功分器相位反相的问题。第三层为4×4槽间隙波导谐振腔层。第四层为8×8矩形窗口辐射单元阵列层。实测结果显示,阵列天线的工作频带为31.5GHz到39.7GHz(S11<-10dB),相对带宽达到23%。与已见报道的间隙波导阵列天线相比,有效展宽了工作带宽。天线的实测效率优于70%,与同类型天线相当。
  2.在槽间隙波导的基础之上,提出了一种全槽间隙波导的结构。全槽间隙波导由四个独立的非接触金属构件构成,这大大提高了设计以及加工的灵活度。许多采用传统波导技术难以加工的电路结构采用全槽间隙波导技术可以很方便的完成。为了验证全槽间隙波导的电气性能,设计并加工了Ka波段全槽间隙波导以及Ka波段全槽间隙波导膜片滤波器。结果显示,全槽间隙波导电路在设计灵活性大大提高的情况下,保持了与传统矩形波导相当的电气性能。
  3.采用间隙波导技术设计的器件,可以在不需要拆卸整体结构的情况下,实现核心部件的替换或者调节,从而可以很方便地调整电路性能。为了验证这一思路,本文设计了一款Ka波段耦合度可调节的缝隙耦合波导耦合器。通过替换在窄边开有不同倾斜角度的耦合缝隙的耦合板可以实现所需的耦合度。
  4.间隙波导电路无需物理接触的特性使得电路子部件之间的相互位移成为可能。利用这一特性,本文研制了一种扭动角度可实时调节的矩形扭波导。该扭波导结构由多个具有非接触式法兰的矩形波导构成,可以实现±90°范围内的任意扭角。在平面非接触法兰的基础之上,提出了柱面非接触法兰,并成功研制了H面可弯折矩形波导以及可旋转矩形槽间隙波导到同轴线的转换器。该转换器与另一个传统波导同轴转换器级联即可构成一个宽带波导旋转关节。
  5.以一维钉床作为慢波结构,提出了H面相位矫正喇叭天线,并开展了仿真设计与实验研究。间隙波导以二维钉床结构作为人工磁导体表面,该结构也是一种慢波结构。通过在H面喇叭天线中心线上加载慢波结构,喇叭天线中心区域的等效波长变短,从而降低了中心区域与边缘区域之间的相位差,在辐射口径实现较为均匀的等相位面。利用这种技术可以有效缩短最佳H面喇叭天线的长度,维持增益不变。
  6.采用DDS结合固态倍频技术对Ka波段高线性度扫频源进行了方案设计和实验研究。本文采用ADI公司2.5GHz主频的DDS芯片AD9915作为直接数字频率合成器,采用TI公司DSP芯片TMS320VC5509A作为控制器,成功研制了DC-1GHz的超宽带高线性度扫频源。以此为基础,经过×2×8×3的倍频链倍频以及中等功率放大器放大之后,完成了Ka波段毫米波高线性度扫频源实验样品的研制。
  7.对FMCW反射功率对消系统进行了理论分析并设计了反射功率对消实验验证系统。在系统设计过程中,对各个通路之间的延时做了相应的分析与优化,从而实现了较宽的对消带宽。另一方面,在控制环路设计中对环路带宽也做了相应的分析,从而优化了载波对消和相位噪声对消的综合效果。本文完成了35GHz FMCW反射功率对消系统的实验研究,实现了较宽的工作带宽,较好的静态以及扫频状态下泄漏功率对消比。
  8.对FMCW雷达单目标测距开展了实验研究。完成了频率灵敏度控制电路设计,AD采样电路的设计,AD与DSP之间基于EDA技术以McBsp为接口的串行数据通信,基于DSP的中频信号处理,以及DSP与串口屏之间的通信。最后将FMCW扫频源、高效率间隙波导阵列天线、反射功率对消器以及上述信号处理等相关电路进行系统集成,形成了一个简单的FMCW测距雷达系统,实现了单目标测距功能。
[硕士论文] 万尧
软件工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:随着目标数量日益增加的今天,单传感器所能够提供的信息已经不能满足现在的需求,已经逐渐被多传感器所替代,而多传感器带来的大数据让多雷达数据分析成为了热点。本文所研究的重点也在此处,在雷达领域,通过分析数据从而对信息进行检测、结合、关联、估计和组合以获得飞机准确的状态估计和身份估计,这就是数据融合。
  现有的数据融合中往往面临以下问题:因环境干扰而无法准确跟踪以及缺乏系统性能评估。以解决以上问题为目标,设计并实现了一个基于非合作目标(即没有GPS辅助的目标定位)的多传感器数据分析与评估系统。在此系统中,包括了关联/滤波,状态/身份估计(位置、属性)与系统评估。为了使目标状态在嘈杂环境中的精确度进一步增加,研究对比了不同方式的系统误差评估,做了结合式的关联预处理;对比改进了不同环境下的滤波效果;为了提升关联准确性,研究对比了不同情景下的关联效果,并堆关联算法进行了改进;这些改进可提高目标在复杂环境中的目标跟踪(状态/身份)的精确度;此外,在评估模块中对评估指标进行了筛选,并设计了评估指标的评估算法,通过数据来源的不同把评估指标分类到雷达数据和融合数据两类,从而完成对两类数据的评估。
  本文通过改进雷达系统误差的预估以及数据融合算法来提升跟踪精度,增加系统评估模块来评测当前系统的性能,也给通过机器学习算法缩减误差的方法(此方法基于合作目标)提供了接口。
[硕士论文] 谌振华
信号与信息处理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:发射源定位在电子战中占据着重要的地位,在日益复杂的电磁环境下,电子战争的加剧对定位精度的要求越来越高。传统的目标定位技术远远达不到日益增长的需要,采用大数据的信号级直接定位技术由于精度高,鲁棒性强等特点逐渐受到关注。对于非合作场景下的发射源无源定位,发射信号通常是未知的,现有直接定位技术忽略了发射信号的波形信息,没有考虑可以利用在雷达侦察及信号预处理过程中已知的先验信息来估计出发射信号,从而使用更多的信号信息来帮助提高定位精度。因此,在无源定位中,信号级直接定位技术的研究还不够充分,更多提高定位精度的方法应该被挖掘。
  本文围绕多基站雷达系统下发射源无源定位的问题,研究了基于发射信号估计的信号级直接定位方法,并提出了一些有效的解决思路和算法,其主要工作内容具体如下:
  1.针对多基站雷达系统下的无源定位问题,研究了基于到达时差的数据级定位方法和基于最大似然估计或最小二乘估计的信号级直接定位方法,并对两种算法进行了仿真分析。
  2.针对非合作场景下发射信号参数未知的这一问题,提出了一种基于短时傅里叶变换的联合估计信号参数和发射机位置的信号级直接定位算法。
  3.针对发射信号模型未知或发射信号不可参数表征的情况,采用非参数化的估计方法,结合主成分分析,提出联合估计发射信号波形和目标位置的信号级直接定位算法。
  通过计算机仿真验证了以上提出的多个算法,并对比分析了本文提出的基于信号估计的信号级直接定位算法的性能,结果表明,本文提出的算法相比同种情况下的原有信号级直接定位算法有极大的优势。
[博士论文] 曹景敏
信号与信息处理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:无源定位因具有探测距离远和隐蔽性强等优点而在国家安全与现代战争中发挥着越来越重要的作用。无源定位在广泛应用的同时,也面临着越来越多的挑战。本文围绕观测站位置和时钟有误差的定位问题以及基于测距和测角的混合定位问题,对多维标度(MDS:Multidimensional Scaling)无源定位算法开展了研究。
  本研究主要内容包括:⑴研究了观测站位置有误差的测距MDS定位算法。在测距MDS统一框架上提出了一种观测站位置有误差的测距MDS算法,这是一种闭式解法。理论分析表明,当测距误差与观测站位置误差服从零均值高斯分布时,该算法是一种无偏估计,当误差很小时能够达到定位的克拉美劳下界(CRLB:Cramer-Rao lower bound)。仿真结果验证了理论推导,并且表明当测距误差和观测站位置误差较大时,定位精度比两步加权最小二乘测距定位算法和加权MDS测距定位算法高。并且这三种算法的计算复杂度相当。⑵研究了观测站有位置误差的时差MDS定位算法。提出了一种观测站位置有误差的时差MDS定位算法,这是一种闭式解法。理论分析表明,当时差测量误差与观测站位置误差服从零均值高斯分布时,该算法是一种无偏估计,在误差很小时能够达到CRLB。仿真结果验证了理论推导,同时也表明当测量误差和观测站位置误差较大时,算法的定位精度比两步加权最小二乘时差定位算法和加权MDS时差定位算法高。并且这三种算法的计算复杂度相当。⑶研究了观测站位置有误差的时频差MDS定位算法。提出了一种观测站有位置误差的时频差MDS算法,这是一种闭式解。理论分析表明,当时频差测量误差与观测站位置误差服从零均值高斯分布时,算法对辐射源的位置和速度估计是无偏的,在误差很小时能够达到CRLB。仿真结果验证了理论推导,同时也表明当测量误差和位置误差较大时,算法定位精度比两步加权最小二乘时频差定位算法、约束总体最小二乘时频差定位算法和加权MDS时频差定位算法更高。并且提出的算法计算复杂度比约束总体最小二乘算法低,与其它两种算法相当。⑷开展了观测站位置和时钟有误差的测距MDS多目标定位算法研究。推导了观测站位置和时钟有误差的测距定位的 CRLB,通过 CRLB分析了测距误差,观测站位置误差,观测站时钟误差对定位精度的影响,结果表明,通过观测站之间的距离测量可以降低观测站位置和时钟误差对定位精度的影响。提出一种观测站位置和时钟有误差的测距MDS多目标定位闭式解,通过仿真验证了算法的有效性。⑸揭示了测距与测角混合MDS定位算法与子空间MDS算法的联系,它们是同一MDS内积矩阵的不同表达方式。提出了另外一种测距与测角混合MDS定位方法,这种方法只需一个观测站测角,降低了系统复杂度。通过仿真验证了当测角精度较高时,这种混合 MDS定位算法比纯测距定位算法和只有一个站测角的Chan定位算法精度高。
[硕士论文] 刘岩
通信与信息系统 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:相控阵雷达的阵列天线具有波束捷变能力,因此多功能相控阵雷达能快速交替进行搜索和跟踪等操作。如何在时间资源、能量资源及计算机资源有限的前提下,合理的资源调度分配任务对优化雷达的整体性能起到了至关重要的作用。
  在雷达资源调度前,需要先对任务进行优先级分配。根据各个任务优先级的先后次序进行调度的排序。在已有的优先级排序算法中,只是针对每个任务的优先级进行一次排序,这样就会使很多优先级比较低但是比较紧迫的驻留任务被丢弃,进而造成了调度任务成功数减少。针对此类问题,提出了二次优先级分配算法,创新性地把二次优先级分配用在调度模块中。该算法不仅涉及到了任务的优先级而且加入了截止期的因素,即利用优先级、截止期相结合的思想,在一次分配的基础上以整个调度间隔的帧周期对任务进行二次分配,可以在一个调度间隔内执行更多的驻留任务。因此,降低了任务的丢失率以及提高了雷达的资源利用率。
  任务优先级的综合排序是为下一个的调度模块进行准备。由于系统的资源有限,如何在有限的雷达系统资源下尽可能多的调度任务,资源调度算法担任着重要角色。比较常见的一种方法是自适应脉冲交错调度算法。该算法虽然在雷达资源利用率上得到了提高,但是通常只考虑了一些简单的雷达资源约束,因此对雷达资源的利用不充分。针对此问题,提出了一种优化的脉冲交错调度算法。该算法引用时间指针遍历等待期的驻留时间,在不影响前一个脉冲接收和发射的前提下,进行接收或发射其他的脉冲。通过为每个时间点选择合适的任务进行仿真分析并与已有的算法进行对比,仿真结果表明,该算法从各项评估指标上体现了其优化的调度性能,验证了算法的有效性,特别是在调度越多的时候此算法的性能优势体现的越明显,达到了高效调度的目的。
  最后综合了前面的内容设计了一个雷达任务调度仿真系统,并在MATLAB环境下实现了该仿真系统。本文的仿真系统目的是实现基于二次优先级分配和优化的脉冲交错调度算法的图形化界面及更直接地验证该算法的有效性和优化性。在该界面上,可以根据不同的需求设置搜索参数、跟踪参数及目标参数等。通过界面上的仿真Button实现一键仿真并且给出仿真结果。
[硕士论文] 张继乔
电子与信息工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:空空导弹是由载机挂载,从载机上进行发射,搜索截获空中目标后进行攻击并将其摧毁的导弹,并且在整个工作过程中载机和目标运动速度很快,是武器系统的一个独特分支。当前赢得高科技战争的关键就是夺取制空权,由于空空导弹在战争中的独特地位,成为世界上多个国家争先发展和装备的武器。传统空空导弹雷达导引系统制导大多采用高重频准连续波体制,它的优点在于发射占空比高、平均功率大,而且没有测速模糊,因此具有较远的作用距离;同时由于大多在无杂波区检测目标(低空下视尾追除外),具有一定的抗杂波能力。其缺点是下视尾追条件下受地面杂波影响比较大,导致检测性能大大降低,而且距离高度模糊,无法通过距离信息增加对目标的识别能力,提高抗干扰性能。随着飞行器和导弹的飞速发展,以及越发复杂的战场电磁环境,对雷达导引系统的综合能力提出了更高的要求。需要能够在雷达目标检测技术上进行优化提高性能,应用脉冲压缩技术,解决作用距离和功率的矛盾,增加距离信息的判断,提高导弹作战能力。
  本文对空空导弹雷达导引系统的脉压技术和目标检测技术进行了研究和方案设计,并进行了空空导弹雷达导引系统和信号处理系统的设计仿真。首先围绕空空导弹雷达脉压技术,分析了雷达脉压的基本原理以及实现方式,以及不同实现方式的优缺点;对常用的三种脉压信号:线性调频、非线性调频、相位编码信号进行了设计和仿真,分析了各自的优缺点。针对空空导弹的特点设计了脉压技术方案。对雷达常用检测技术:动目标显示技术、动目标检测技术、恒虚警技术的原理、特点进行了仿真分析,并设计了适合空空导弹的目标检测方案和恒虚警处理方案。结合空空导弹导引系统设计,探讨了导引系统设计时的波形设计,信号处理系统参数设计及目标检测算法设计,并进行了仿真。对动目标检测技术、高重频和中重频的恒虚警技术、中重频脉压技术在弹上的应用进行了验证,并给出了实际使用效果,并对以后的改进和优化提出了建议。
[硕士论文] 杨威
控制科学与工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:基于非合作雷达的无源雷达因具有反隐身特性强、隐蔽性好、中低空探测能力强等优点,而逐渐成为现代雷达技术的一个重要发展方向。由于在无源雷达跟踪场景中,目标定位方程非线性强、定位精度低、量测数据与目标状态关联信息不确定性高,从而使得对无源雷达目标定位跟踪技术的研究存在诸多难点亟待解决。
  本文首先对无源雷达常用定位方法及其定位精度进行详细分析,在选择了基于到达角与时延信息的联合法后,首先采用粒子滤波(PF)技术解决单目标跟踪问题,然后利用概率假设密度(PHD)粒子滤波算法(P-PHD)解决多目标跟踪问题,最后,采用Matlab GUI设计实现单站无源定位跟踪的仿真模块进行系统验证。本文的主要工作和创新概括如下:
  针对目标跟踪的前提即定位方法的选取展开研究。首先介绍无源雷达的典型定位方法,随后通过仿真实验详细分析了不同定位方法,不同定位体制以及不同收发站布局对无源雷达目标定位精度的影响情况,以此选取适合无源雷达的目标定位方法并得到后续跟踪滤波算法的观测方程。
  基于粒子滤波方法研究无源雷达单目标跟踪问题。(1)针对传统非线性跟踪方法在无源雷达定位跟踪系统中稳定性差、估计精度低的问题,结合粒子滤波算法给出了一种多模型跟踪滤波算法。(2)针对PF算法的粒子退化问题,基于容积卡尔曼滤波(CKF)算法,通过在重采样环节中融合当前时刻的观测信息,以此来改善粒子滤波算法估计精度。
  基于 P-PHD算法研究无源雷达多目标跟踪问题。(1)针对基本 P-PHD算法中存活粒子采样环节没有引入当前的量测信息而造成的粒子多样性缺失问题,根据似然函数选取量测值,利用集合卡尔曼(EnKF)算法获得存活粒子的重要性函数,有效的提高了P-PHD算法的稳定性与估计性能。(2)针对基于量测驱动(Measurement-driven)的PHD算法(PHD-M)中存活目标权值更新时的数据冗余问题与对新生目标的采样问题,采用量测分类的思想,将量测集分为存活目标量测与杂波量测,用存活目标量测更新存活目标权值,对杂波量测采样产生新生目标粒子,提高了对目标数目的估计精度。采用Matlab GUI设计实现单站无源定位跟踪滤波的仿真系统,采用该系统进一步验证本文所提算法的有效性。
[硕士论文] 何敏
信号与信息处理 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:空间微动目标是一类重要的空间目标,随着人类空间活动愈加频繁,微动目标成像由于能够为目标识别和空间安全提供重要信息,已逐渐成为研究热点。然而这些目标由于大多不满足小角度近似,现有的成像手段难以达到较为理想的成像效果,所以还需作更深入的研究。
  本文针对微动目标成像的特殊性,在分析微多普勒和距离-慢时间回波的基础上对成像难点和成像方法进行了概述。优化了基于非微动参量估计的时频分析瞬时成像法。从提高微动参数误差容限的角度改进了后向投影变换成像法,并将其推广到了进动旋转对称目标上去。从在固有微动参数误差容限下提高成像效果的角度改进了基于重采样和压缩感知的自旋目标成像法。本文主要工作如下:
  1.研究了自旋和进动目标的微多普勒和距离-慢时间回波的时变特性,分析了其成像的难点在于难以直接在方位向采用傅立叶变换压缩成像。根据是否需要事先估计自旋角速度等微动参数,将微动目标成像方法分为了基于非微动参量估计的成像法和基于微动参量估计的成像法,并简要介绍了其处理过程。
  2.研究了基于非微动参量估计的自旋目标时频分析瞬时成像法,针对目标转速较大时随机选取瞬时像可能选取到成像质量较差的图像来这一不足,提出了一种分段优选策略。采用图像对比度最优准则,最终得到一组不同时间段下的较好目标图像,并进行了仿真验证。
  3.分析了在有角速度估计误差时的自旋目标成像,基于微动参量估计的后向投影变换法(BPT)主要表现为能量发散并出现虚假点,此外当存在网格误差也会出现虚假点。针对这些不足,在分析包络检测的基础上提出了一种结合广义Radon变换(GRT)的联合成像法(GRT-BPT)。该方法利用加权互筛在成像效果和误差容限间取得了一个平衡,推广到进动旋转对称目标成像中也取得了较好效果。
  4.从在固有微动参数误差容限下提高成像效果的角度研究了角速度存在估计误差时的快速自旋目标成像法,在目标回波传统周期重采样消除自旋效应的基础上提出了自旋对称目标半周期重采样法以及遮挡目标间隔半周期重采样法。并对重采样所需自旋角速度估计精度进行了分析,指出了其误差容限。由于重采样后得到的回波数据较少,文中改进了标准傅立叶基,并利用压缩感知手段成像。仿真实验表明其避免了重采样后直接进行RD成像的图像模糊问题。
[硕士论文] 胡显洋
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着对隐身目标探测能力的强烈需求,利用广播信号和电视信号进行目标无源探测已逐步进入实用阶段。相比于无源雷达探测和跟踪技术,被动雷达成像能够提供关于目标更为精细的特征描述,有利于对目标进行分类和识别。针对收发站数目较少且空间谱填充不致密的情况,本文研究基于稀疏空间谱的分布式被动雷达的成像方法。主要研究工作如下:
  1.分析了分布式无源雷达接收回波信号的空间谱特性。建立了分布式无源雷达的成像模型,分析了收发站数目较少情况下接收回波信号的空间谱特性,阐述了分布式无源雷达的压缩感知成像算法。
  2.研究了分布式无源雷达成像中的布站优化设计方法。分别建立了基于峰值信噪比(PSNR)、分辨率和互相关系数的优化目标函数,提出了基于遗传算法的分布式无源雷达接收机布站优化设计方法,给出了具体的实现流程。仿真结果表明,采用布站优化后的接收机构型能够大大提高分布式无源雷达的成像性能、分辨率以及算法性能。
  3.提出了基于协方差稀疏表示和稀疏贝叶斯学习(SBL)的分布式无源雷达成像算法。建立了基于协方差稀疏表示的分布式无源雷达成像模型,推导了该稀疏模型下分布式无源雷达成像算法,给出了正则化参数的获取方法。进一步,将稀疏贝叶斯学习应用于基于协方差稀疏表示的分布式无源雷达成像。仿真结果表明:(1)所提算法能够获得比 OMP算法更优的重构性能;(2)低信噪比下,所提算法在协方差域的重构误差远小于数据域的重构误差。
  4.研究了基于 off-grid模型的分布式无源雷达成像算法。探讨了基于不同近似的off-grid模型。分析了OMP算法K稀疏重构网格划分的充分条件,提出了基于梯度下降的扰动量修正算法,以及基于扰动量修正的PPOMP分布式无源雷达off-grid成像算法,并建立了off-grid重构误差衡量指标KLD。仿真结果表明:(1)PPOMP算法能够一定程度上解决off-grid问题,实现分布式无源雷达 off-grid成像;(2)不同信噪比、扰动量大小、网格大小情况下,PPOMP算法的重构误差均远小于OMP算法。
[硕士论文] 陈敬洋
电子与通信工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:利用非合作雷达辐射信号进行目标检测、定位和跟踪的无源雷达系统,具有探测距离远、隐蔽性好、反隐身目标特性强、中高空探测能力强等特点,正逐渐受到关注,成为研究热点。但是,由于非合作雷达辐射信号功率大、波束扫描复杂,导致传统干扰抑制技术并不能有效对消无源雷达系统主通道中的直达波、多径干扰,严重影响到后续目标信息提取。因此,有效的干扰抑制技术成为了非合作雷达辐射源无源雷达研究中亟待解决的关键课题。
  本论文首先对非合作雷达辐射源进行了分析,并以此建立信号模型。随后,针对真实环境中无源雷达可能存在的各种干扰类型进行了讨论并分析了对现有干扰抑制算法的影响,最后对现有干扰抑制算法做出了改进,研究出一套适合非合作雷达辐射源无源雷达的干扰抑制技术。本文主要研究内容如下:
  1.对非合作雷达辐射源进行了分析,根据其特点建立了无源雷达系统信号模型,并重点分析了真实环境中无源雷达系统主通道可能存在的干扰类型,并以此建立了空、时域信号处理模型。
  2.研究利用时域自适应干扰抑制算法对无源雷达系统主通道干扰进行抑制。针对分数延迟、参考通道和主通道频率特性不一致等因素导致信号间相关性差,干扰难以消除的问题,以及扩展相消批处理算法(ECA-B算法)均匀分段容易造成目标信号调制、干扰抑制剩余大的问题,提出了改进的算法(FDB-ECA算法), FDB-ECA算法在存在分数延迟干扰、通道频率特性不一致等因素的情况下干扰抑制比依然能够稳定在42dB以上,达到极限干扰抑制比的95.69%,还能有效地解决目标信号调制以及分段点处干扰抑制剩余大的问题,并且计算复杂度相对较低。
  3.分析了分布源干扰、阵列幅相误差等因素对空域处理产生的影响并采用宽零陷处理以及单辅助源算法进行了校正。针对单纯利用时域处理距离盲区大,空域处理方位盲区大的问题,提出了改进的空时联合的干扰抑制技术,不仅降低了检测盲区,还有效解决了分布源干扰角度宽导致的干扰难以抑制的问题,可以实现以较低的运算量获得较好的抑制效果。
  4.分析并设计了无源雷达仿真系统,并利用MATLAB GUI予以实现,从目标检测能力上对干扰抑制算法的有效性进行了验证。
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