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发表时间:2018-8-7 19:13

[图文] **** 打航母可实况直播:国产卫星用世界唯一新技术 **** [推荐]   



ysf009 发表在 军事杂谈 华声论坛 http://bbs.voc.com.cn/forum-70-1.html


  

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  近日,我国雷达研究又有重大突破,徐宗本院士凭借“基于L(1/2)正则化理论的稀疏雷达成像”与我国科学院电子学研究所吴一戎院士共同获得2018年度陈嘉庚信息技术科学奖。陈嘉庚科学奖每两年评选一次,旨在奖励近期在我国做出的重大原创性科学技术成果,在我国科技界和海内外享有崇高的声誉和广泛的影响。该成果基于雷达回波模拟算子的成像新原理,将原有稀疏雷达成像算法的单步迭代复杂性从N^2减少到log(N)N量级,为稀疏雷达的实用化带来了可能。该项技术已支持研发成功全球首部稀疏雷达原理样机,用于提高在轨卫星雷达成像性能与宽幅侦察,目前,该技术已经成功应用于某型海洋侦察卫星,由于其超大宽幅成像,可实现多颗卫星的不间断重访,未来攻击打航母甚至可以实现24小时“实况直播”,本文根据国内外公开资料对其做理论及成果做初步解读。雷达微波成像是一种不可或缺的军用遥感技术,它与光学成像相比,可透过云层24小时对目标进行侦查成像。


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回复时间:2018-8-7 19:14

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  现代高分辨率微波成像技术以合成孔径雷达(SAR)为主,其特点是将雷达设备置于载机或卫星等运载平台上发射并接收电磁波,同时将此平台沿一近似直线不断移动,并在不同位置上接收同一地物的雷达回波信号并进行相关解调压缩处理。一个小天线通过“运动”方式合成一个等效“大天线”,这样可以得到较高的方位向分辨率,且方位向分辨率与遥感平台高度无关,同时利用成熟的雷达脉冲压缩技术获得较高的距离向分辨率,雷达回波经过复杂的2维信号处理后,星(机)载合成孔径雷达就可以获得大面积高分辨率雷达图像 。1978年,全球首个星载合成孔径雷达“SEASAT”在美国发射升空,其分辨率为25米,测绘幅宽为100x100千米,其后数十年中,星载合成孔径雷达技术在系统性能、应用范围等方面都得到长足发展,例如意大利2007年发射的COSMO-skymed卫星在聚焦模式下分辨率为一米,测绘幅宽为10x10千米。我国2016年发射的高分3号雷达卫星也实现了1米分辨率。




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  人们可从中发现一个问题,传统的雷达成像幅宽和分辨率是不可兼得的,要想提高分辨率,幅宽就明显减少。而我国陆地海洋幅员辽阔,东部沿海至第二岛链的西太平洋海域幅员约为3000×6000平方千米,为提高我军全天候侦察打击海洋舰船目标水平,需要对大面积海域实现监视,具备大成像幅宽(≥500千米)、高重访频率的能力显得尤为重要。另外一个方面,分辨率也是雷达成像的一项重要指标。分辨率的提高能够获得更多的目标信息,据统计,识别驱逐舰等大型海面目标至少需要1米的图像分辨率。为同时提高幅宽和分辨率,一种方法是不断提高单颗卫星雷达天线尺寸的大小和发射功率,另一种方法是多颗卫星分布式同时接收同一颗卫星对一个目标发射电磁波,然后进行数据后期处理。这些方法在一定程度上对分辨率或成像幅宽有所改善,但是整个系统复杂度急剧增加,二是根据雷达分辨理论,SAR系统分辨率上限由雷达信号的带宽决定。




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回复时间:2018-8-7 19:15

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  而根据奈奎斯特采样定理,系统的实时采样频率必须至少为两倍的雷达信号带宽。对于1米分辨率、900平方公里观测带内的星载SAR成像,回波数据量就达到几个GB,如果要进一步提高性能,则回波数据量至少还要增加4至8倍,要求系统数据传输速率达到Gbps量级,这在国内现有电子技术雷达系统下是很难实现的。面对着系统复杂度的瓶颈,无论是雷达分辨理论、还是奈奎斯特采样定理,都是普适性的理论,是不能违背的。唯一可行的办法,是从微波成像的特殊性入手,寄期望于微波成像的某些特殊性质,“另辟蹊径”,可以突破传统雷达成像理论,建立新的微波成像理论并实现系统的简化。




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回复时间:2018-8-7 19:16

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  2006 年,陶哲轩(华裔,2014国际数学突破奖获得者之一,)等几位美国数学家提出了压缩感知的概念,极大的深化了人们对于稀疏信号处理的认识。 稀疏信号处理是本世纪信号处理领域最活跃的分支之一。该分支的研究目标是从原始信号中提取尽可能少的观测数据,同时最大限度地保留原始信号中所含的信息,然后利用特定的优化求解算法对原始信号进行有效的逼近和恢复。稀疏信号处理能够突破奈奎斯特采样定理的限制,其采样数据量可以远低于奈奎斯特采样的要求。举个最简单的例子,日本的模拟高清电视原来处于世界领先地位,试图要霸占高清电视市场,但是其每个频道传送占用带宽极大,完全不能满足电视节目极速发展的需要,随着美国在图像数字压缩技术的突破,一个频道可同时传送多套电视节目,日本投巨资的模拟高清电视系统全军覆没,这就是图像压缩算法的威力。




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回复时间:2018-8-7 19:16

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  徐宗本院士在稀疏雷达成像算法及理论上获得了重大突破,不直接基于雷达观测矩阵而基于雷达回波模拟算子成像,实现了与常用雷达算法复杂性相当。吴一戎院士运用3D相变图方法设计稀疏雷达系统,三维坐标分别为稀疏度、信噪比和采样比, 实现了全球首部稀疏雷达原理样机并开展了机载实验。随后,又利用在轨的我国合成孔径雷达成像卫星进行验证,据公开资料披露,在卫星没有对稀疏成像理论做针对性的硬件优化情况下,仅仅通过更改卫星系统的成像参数,然后利用稀疏微波成像方法完成了试验数据的成像处理,其最大成像幅宽提升超过了45%, 而分辨率仍然保持不变。更让人惊喜的是,对于海杂波信号,经过稀疏成像结果处理后,信杂噪比可提升40至60分贝,更加有利于发现舰船等动目标。




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