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发信人: flythunder (一生不变), 信区: ECE
标题: 英国伦敦大学的雷达研究项目
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年04月23日11:58:52 星期二), 站内信件

英国伦敦大学的雷达研究项目
英国伦敦大学电子电气工程系除了进行教学外，还开展了课题研究，所研究的内容涉及：
电信与网络、光电子学与光学网络、电子材料与器件、微波与雷达、电子电路与系统。在
微波与雷达方面的研究专家有：Brian Davies教授，Roy Cole教授，Hugh Griffiths教授
，Anibal ernandez博士，Paul Brennan博士，Ahmad Khanifar博士。目前研究的项目有：
多功能雷达的跟踪与控制，通用雷达建模，高分辨率SAR技术，机载干涉仪合成孔径雷达(
InSAR)的运动补偿，运动目标指示和机载SAR，MTI模拟和评估，杂波特性--多功能雷达的
最佳多普勒滤波和检测策略，海上雷达传播的分析，海洋表面电磁波的散射，MTI雷达系统
内的相干雷达杂波，高分辨率雷达舰船信号特征归类，先进SAR的波形设计，干涉仪SAR中
的解相，MORSE-中等规模的海洋雷达特征试验，星载气象雷达的超低距离副瓣波形设计，
地质成象的SAR/地面成象卫星TM成象数据融合技术。下面对这些项目进行介绍。
1 多功能雷达的跟踪和控制
相控阵天线对于天线波束方向的电子控制几乎是瞬时发生的。在多功能雷达中常有能力允
许系统复用不同功能之间的时间，多功能雷达的首要功能是空间监视和多个目标跟踪。潜
在的多功能雷达系统能够动态地实现它的任务，这样一来，任何在满足某任务需求的节余
时间允许有效地用于其他任务。
此项工作的目的在于研究并改善多功能雷达的控制技术，特别是改善雷达的跟踪功能的性
能。研究的重点在于克服旋转阵列效应和具体的波束加宽及同时多接收波束处理之类的技
术的影响，这在未来的具有先进数字波束形成能力的多功能雷达中是可行的。
目前此工作包括研究计算机模拟模型，模型的基础为任务调度程序控制算法，中心是多功
能雷达的性能。已研究成旋转控阵多功能雷达的资源管理新技术，尤其是高负载条件下的
资源管理。
关于可变波束宽度工作(通过波束加宽实现)和多功能雷达的同时多个接收波束处理的研究
工作导致了系统性能分析新技术的研究。无须详尽的建模，此技术就可精确估计雷达源的
分析。这些研究包括使用以坐标系为基础的控阵，在坐标系中天线波宽与扫描角度保持恒
定。天线工程师经常把此相控阵用作静态阵列来估计雷达源的分配。已经研究了一种类似
于静态阵列中新的坐标系，以允许旋转阵列的相同估计得以简化。
2 通用雷达建模
设计综合现代雷达系统时经常使用计算机模拟来预测性能。对于具有自适应工作模式的多
功能雷达来说，这种模拟格外实用。此项工作的目的是研制一种通用模型。模型适用于许
多种不同的雷达系统，从而避免了要为每一种研究中的雷达专门研制全新模拟的需要。模
拟使用信号处理工作系统(SPW)程序包，允许用户以图解方法连接各个功能模块，从而形成
完整的模拟模块。根据不同的复杂程度可以对模块进行专门设计。通过简单的雷达样机范
例已经研制并验证了这些模块的接口策略，工作的重心将落在改进框架和研究其新型模拟
技术。
3 高分辨率SAR技术
SAR是一种成象传感器，允许机载或宇宙飞船上的侧视雷达产生象地图一样的地面影象。此
项目的主题即为这种获得高分辨率的技术。
详细地研究了SAR分辨率的理论极限并且推导了它的信号对噪声的性能。然而，实际上，飞
机的运动误差会导致散焦，从而降低分辨率，因此设计了一种新的高分辨率自动聚焦技术
。为了消除那些自动聚焦不能消除的高频率运动，惯性传感器也是必需的。通过对一个近
于一分钟的点目标成象来试验惯性系统，其精确度则通过相位展开来进行定量。
通常SAR在带状图模式下或聚束模式下工作。在带状图模式下，分辨率会受到限制，在聚束
模式下，则覆盖面受到限制。已经计划研制一种可以获得不同的分辨率和点尺寸结合方式
的新模式。这种模式的理论基础由第一原理推导，并且表明带状图和聚束模式是产生限制
的原因。推导出的波数域处理技术可以恰当地补偿区域曲率和等效于距离多普勒处理，还
将被进一步扩展并用数学方法加以描述。已经用模拟及真实SAR数据验证了该技术。
在使用了自动聚焦和相位校正后，SAR成象的残余失真的定量低于分辨率。一旦非失真SAR
数据获得后，为了能够可靠地预测目标探测的可能性和虚警率，推断杂波是很重要的。已
经检验了的某些统计SAR结构模型以及他们对高分辨率的适用性。
研究工作表明使用高性能惯性传感器、自动聚焦和波数域处理技术后，产生可靠的高分辨
率的、对准焦点的、非失真SAR影像是可能的。因此，下一步工作将是研究分析大斜射角处
理，并且研究这种处理技术在低频SAR中的应用。此外，还希望能够获得惯性传感器及其误
差源的更详细的了解。
4 机载干涉仪合成孔径雷达(InSAR)的运动补偿
干涉仪合成孔径雷达是一种全天候、高分辨率的雷达成象和地形图成象技术。为了产生度
量到达角形式的第三维，飞机载有一部双天线雷达。该雷达用于提取高度信息，允许进行
地形重构影象。到达角是由两条天线接信号之间的相位差推导出来的。该结果直接受到飞
机横滚的影响。飞机横滚导致通过地面刈幅区时的与距离相关的高度误差--1°的横滚误差
会在2km地面距离上产生35m高度误差，20km地面距离时则上升为350m高度误差。
这项与DERA公司合作的研究项目已经研制出了两种数据驱动方法用于估计和补偿横滚误差
，并已经用DERA公司的C波段In-SAR真实数据进行了试验。重构的横滚估计完全可以与机载
惯性导航单元(INU)进行的真实横滚测量误差相一致。
5 运动目标指示和机载SAR地面监视雷达是一种非常有用的遥感工具。机载和空载雷达传感
器能够全天候、不分昼夜地、快速有效地覆盖广大的地面区域，绘制高质量的雷达地图，
检测运动目标。
使用合成孔径雷达(SAR)可以获得分辨率很高的雷达地图。然而，雷达作用范围内车辆之类
的运动目标会出现模糊和散焦的现象，甚至于会经常变得不可检测。动目标的检测和分类
在军用及民用中都是一项重要的传感功能。
此项工程目的在于研究聚焦和成象运动目标的方法，从而可以对其进行分类及识别。DERA
公司的SAR区段已经收集建立了一个大型真雷达数据库。该数据库使得动目标成象研究从一
开始就能够使用真实数据。
研究工作包括研究先进的信号处理技术。此技术可以用来抵消目标运动和雷达传感器自身
运动引起的问题。研究的方法包括自动聚焦、时-频分析、SAR和逆SAR。
6 MTI模拟和评估
这项研究的主题是空对地雷达用全自动自适应MTI (Moving Target Indicator)检测系统研
究计划。在一些非常著名的统计模型上试验并研制了许多种MTI雷达和检测结构。这些模型
往往只用于技术试验，因此一般都有内部倾向性统计值。
研究方法是在各种不同地形环境条件下的模拟，试验MTI雷达和检测设备。模拟地形环境使
用的是经验真实数据，而非统计数据。研究的第一阶段是制定一个模拟计划，这需要结合
许多先进的雷达后处理技术以实现模拟要求。这一方法将用来对许多种不同的MTI雷达和检
测结构进行评估。然后评估结果将和地面杂波识别中进行的结果结合起来，从而挑选出最
适合于模拟环境的雷达结构。根据研究结果，将建议并推荐自动自适应MTI检测系统。
7 杂波特性：多功能雷达的最佳多普勒滤波和检测策略该项研究工作的主题是研究海上多
功能雷达的检测算法。研究小组从前的工作经验表明自适应多普勒滤波器在‘真实’混合
杂波(例如在海岸区或陆地/海洋混合区进行试验)情况下的性能并不象原先所声称的那样好
。模拟表明，如果使用MTD自适应滤波混合处理器，较好的性能是可以获得的，但是，这些
构想尚需要用真实杂波数据进行评估。
研究的第一方面是对在不同条件下获得的真实海洋杂波数据进行分析，既有开阔海洋表面
条件，也有海岸区条件。接下来将可能对供自适应雷达用的最佳多普勒滤波和检测算法进
行公式化和评估。这里存在许多因素和策略的制定取决于雷达是常规旋转系统，如MESAR固
定阵面旋转雷达，或是双阵面旋转雷达。由于杂波的形式和存在的距离及多普勒模糊都是
变量，所以要想控制脉冲宽度和PRF，在定义最佳检测过程时就需要对所有这些变量加以计
算。
8 海上雷达传播的分析
这个新项目的目的在于更好地了解与海上雷达相关的传播现象。已经获得了各种不同条件
下的一组试验数据集，这些数据分析揭示了大气层内的异常传播是如何极大地改变雷达的
环境情景的。初始研究将试图利用这些差异来遥感引起异常传播的大气结构。其他工作将
研究分析这种异常传播对信号处理的影响。然后利用大气信息动态地适应于波形形成和处
理，从而使性能的降低最小化。在下一步工作中将开拓探讨如何利用这些异常传播对多频
率和相控阵系统的影响。
9 海洋表面电磁波的散射
雷达最重要的应用之一即是从舰船或陆基系统上探测和识别海上、地平线附近或地平线上
的目标。然而，其几何条件涉及到了对于接近擦地入射角的海面无线电波和微波散射的详
细理解。尽管世界上有许多研究组织已经对此难题投注了极大的关注，但目前依然没有令
人满意的分析解决方法。
我们正在用数字计算方法研究这一难题。几年来，我们已经研究出了一系列的数字方法。
即使入射角很大时，这些方法也允许对大倾斜表面的雷达截面积进行计算。目前正在研究
中的散射难题有以下几个方面：(1)海洋表面的材质，(2)海浪的形状，确定的、统计性的
表示方法，以及他们对后向散射雷达截面积量级的影响，(3)海浪的时间演化对后向散射雷
达截面的影响。
10 MTI雷达系统内的相干雷达杂波
该项研究的课题在于加深对MTI雷达时变陆地杂波波谱的理解，由此研制了一种可以描述相
干雷达陆地杂波完全的单点和多点统计模型。散射统计模型取决于若干雷达参数，尤其是
系统的分辨率。当分辨率低时，统计模型主要呈瑞利分布，但是对于高分辨率系统，接收
回波的统计模型是非瑞利分布的。在过去的几年里，K分布受到了格外的关注，这是因为该
分布能够很好的对海洋杂波和陆地杂波进行唯象描绘。然而，分辨率极高的系统的统计模
型还是与K分布不太吻合。我们对在建模任务中起协助作用的高分辨率声纳数据进行了实验
分析。初始结果表明，K分布的通用形式可以充分地描述观测统计。
以K分布为基础的模型还缺乏有效的最佳参数估计量。部分研究集中在如何获得好的最佳参
数的近似解。已经为K分布参数研究了一种新估计量。这项工作涉及到了多层感知器的新用
法。还向更通用的K分布形式建议了一些简单的估计量。
为了使统计模型的理论基础更坚实，研究的目的还包括研究散射过程的物理理解。
11 高分辨率雷达舰船信号特征归类
舰船的雷达截面积可以作为一种舰船信号特征，对在全天候及突然出现目标条件下的非协
同舰船进行识别。如果人工把各个舰船信号特征分门别类地归入若干舰船‘类别’，那么
要用许多年的时间，但是随着强有力的计算设备的发展，自动目标识别如今已经成为可能
。在过去的几年内，我们已经尝试了若干自动舰船归类技术，并取得了不同程度的成功。
现在，以最大相似性准则为基础的概率分类器提供了极佳的机会，以便获得更高的精度、
更好的耐噪性能，并且可以更容易地和其他传感器及情报信息进行数据融合。这一项目将
研制一种可应用于舰船归类的模数最大相似性分类器，然后将研究建造未来的模块以改进
精度性能并且确保分类器的耐噪、耐对抗措施(例如诱饵、干扰)的能力。当船只在海面上
纵摇和横滚动时，其数据融合不仅要考虑其他传感器和信息源传来的数据，还要考虑到不
同距离轨迹判断数据。
12 先进SAR的波形设计
目前，大多数的SAR系统已经使用线型FM脉冲压缩，从而使用相对简单的信号处理方法就可
得到满意的性能。项目的目的是研究数字相位编码波形设计方法的应用，用以改善低距离
副瓣性能，并且使用一组编码调制脉冲消除潜在的距离模糊(由于刈幅较宽)，每组编码脉
冲都具有良好的自动相关特性，但是它们的横相关特性应尽可能正交。
初始工作以P码的应用为中心。对于实际成象应用来说，用分布式目标而非点目标来评估波
形性能是很重要的。我们的研究结果表明，尽管加宽了码的宽度，但尖形的主瓣使得P编码
在分辨率和目标识别性能上还是优于线型FM。
13 干涉仪SAR中的解相
在过去十几年的时间里，利用卫星SAR成象技术绘制了高清晰度的地球表面地形图，现在人
们开始对干涉仪SAR技术进行了研究。假如要从位置略有差异的传感器获取一既定场景的两
张图象，例如从同一平台上的两条天线或从同一雷达的分立通道，那么只要将对应的影象
分辨单元之间的相位差对准就会产生一个干涉条纹图，图中的条纹间距取决于场景的几何
条件、雷达波长和地形。如果几何条件和波长已知，那么，就原理而言，可以通过干涉条
纹图推导地形状况，其清晰度和原先的雷达成象一样好。
从干涉条纹图中推导出地形图的问题被称为解相。在干涉条纹清晰并且定义明确的区域，
解相相对直接；但是，在干涉条纹间距小和/或信噪比差的区域，完全有可能丢失一条干涉
条纹，而引起总误差。
两个主要的解决解相难题的方法是：相位梯度局部积分法(路径积分方法)和相位梯度差全
局极小化(最小平方法)。然而，目前所知的算法中尚无一种是最佳的。因此，该项研究的
目的就是研究一种最佳、有效的二维解相算法。
14 MORSE-中等规模的海洋雷达信号特征试验
尽管我们知道SAR海洋成象中可见内波这一事实已经很长时间，但是对于其中准确的成象机
理却了解尚浅。研究工作的课题就是用理论的和实验的手段来研制这些成象过程的物理模
型，从而达到根据海洋表面的雷达成象推断海面下的物理现象。该课题研究的其他合作参
与者分别是：汉堡大学海洋学学院、布列塔尼通信公司(布雷斯特)、汤姆逊马可尼声纳公
司(巴黎)、地球物理和工业流体实验室(格勒诺布尔)和牛津计算机服务中心。
研究工作的主要部分是在格勒诺布尔的科里奥利(CORIOLIS)波槽中进行的内波比例测量。
我们分担的工作是设计和制造一部先进的超高分辨率合成孔径雷达，以及研究获得水面成
象所需的信号处理方法。该部雷达具有极化测量能力，工作频率为94GHz，使用FMCW技术，
成象地区面积约为5m2，雷达的距离分辨率为5cm，方位分辨率为1cm。
15 星载气象雷达的超低距离副瓣波形设计
由于星载雷达能够识别测量范围内的后向散射能量，所以与目前的无源技术相比，星载雷
达在气象测量方面有不少的优越点。不过，为了保证对云层和降雨的探测能力，对系统结
构提出了严格的设计要求。为了允许有很大的动态范围(60dB～80dB)可以用来进行测量，
需要设计脉冲压缩波形。曾在以前的报告中提到过的距离副瓣减小技术并没有考虑星载气
象雷达的特殊情况。气象信息仅仅在表面回波压缩脉冲主瓣之前的前沿才存在。所以，可
以采用不对称的点目标响应来进行气象测量，因为这种响应的距离副瓣图仅在压缩脉冲的
一边上低于要求的电平。已经设计了一种获取不对称压缩的新的非线型FM设计方法，距离
副瓣电平低于-60dB，而且具有良好的多普勒容限。
数字波形产生和传统的色散延迟线技术相比有一定的优越性。数字产生电路内的参数变化
允许调制信号的时间带宽的乘积可变，而无须使用一些不同的SAW器件。另一方面，量化误
差(位数)、滤波器和混频器的非线型和同相与正交支路的不平衡都可能引起产生和压缩电
路的失真误差。这些误差可以引起压缩脉冲距离副瓣电平的大量降低。为了保证-60dB的距
离副瓣电平，波形产生过程中的幅度和相位失真必须被控制在一个非常低的水平(幅度误差
低于0.02dB和相位误差应低于0.1°)。
16 地质成象的SAR/地面成象卫星成象数据融合技术
有效的机载和卫星成象数据包括电磁波波谱的可见、红外线和部分微谱的数据。数据融合
技术在遥感领域，尤其在地质领域的应用，有相当的吸引力。
研究工作试图用彩色转换与频谱和构造组成信息的多元分析进行数据融合。数据的提取采
用了地球卫星-5 TM数据和JERS-1 SAR图像成象数据相互对齐的新方法。研究还为地质成象
提供详细的两种数据融合趋势的比较：成象最优化法，使用分类算法的信号特征地图成象
法。
基本上，多谱数据(即Sandsat TM)的成象最佳分辨率都是以波段间的相关为基础的，用以
加强表面材料频谱参差的。这样的分辨率有一个缺点，这是由于使用综合图像统计这些方
法有一个缺点。对于在多谱成象中的特殊位置上可能发生的任何小变化忽略不计。为了这
样的目的已研究了一种新的以象数为基础的象数矢量统计法。新方法解决了决定彩色显示
器最佳波段选择的难题。未来的工作将处理用附加信息，例如地质遥感中非常重要的构造
和线性构造信息，进行成象分类难题。

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