专栏：先进毫米波雷达探测成像技术 2025(8)
发刊词
毫米波雷达发射信号具有波长小、带宽大的特性，更容易实现小型化设计、高精确度测量和高分辨力成像，已广泛用于智慧养老、自动驾驶、智慧工厂、安防监控等领域。复杂多变的探测环境给毫米波雷达感知带来了巨大挑战，人工智能、级联阵列、多传感器融合、先进信号处理等为毫米波雷达高性能、高精确度感知提供了新的技术途径。
本期《先进毫米波雷达探测成像技术与应用》专栏内容丰富，包括双基 SAR 参数化成像、干涉 MiniSAR 系统、外辐射源探测、毫米波手势识别、波形分集阵探测等。我们对关心并支持本专栏出版的各位领导、组稿专家以及所有作者表示衷心的感谢！先进毫米波雷达探测成像技术应用前景广阔，其发展需要更多高校、企业和应用单位的积极参与，共同推动该领域技术创新发展。
本期专栏主编：崔国龙
本期专栏编委：黄 岩，郭世盛，贾 勇，周成伟，韦顺军，靳 标
专栏主编简介：
崔国龙，电子科技大学教授，博士生导师，国家级青年人才，长期从事认知智能雷达、分布式协同探测、认知智能电磁对抗、先进毫米波雷达等技术研究。主持承担国家级科研项目10 余项。在 IEEE TSP、IEEE TAES 和《雷达学报》等国内外期刊发表论文 160 余篇，撰写中英文专著 5 部；授权国家发明专利 100 余项。获四川省科技进步一等奖和二等奖各 1 项、中国电子学会自然科学一等奖 1 项、安徽省科技进步二等奖 1 项、中国电子学会科技进步二等奖 1 项、中国电子学会青年科学家奖，入选“中国高被引学者”、全球前2%顶尖科学家榜单。担任 IEEE Trans. Radar Systems、《雷达学报》等多个期刊编委。
文章列表
2025, 23(8):772-783.
DOI: 10.11805/TKYDA2024637
摘要:
针对传统单站雷达微弱目标探测难问题，提出一种基于分布式波形分集阵雷达的目标检测和参数估计一体化算法。分布式波形分集阵雷达系统由频率分集阵(FDA)-多输入多输出(MIMO)雷达和阵元脉冲编码(EPC)-MIMO雷达构成。在白噪声背景下，对每个局部雷达站构建二元假设问题，其中，目标角度和距离信息未知。基于上述模型，在广义似然比检测(GLRT)准则下设计自适应检测器。通过坐标下降(CD)法和梯度投影算法(GPM)求解目标角度和距离信息的估计值并得到局部检测统计量；随后在融合中心通过计算多组局部检测统计量的对数和，构建用于最终检测判断的全局检测统计量。仿真实验验证，相比于单站波形分集阵雷达，分布式波形分集阵雷达提升了目标检测概率；相比于分布式相控阵雷达，分布式波形分集阵雷达显著提升了目标检测概率和参数估计性能。
针对传统单站雷达微弱目标探测难问题，提出一种基于分布式波形分集阵雷达的目标检测和参数估计一体化算法。分布式波形分集阵雷达系统由频率分集阵(FDA)-多输入多输出(MIMO)雷达和阵元脉冲编码(EPC)-MIMO雷达构成。在白噪声背景下，对每个局部雷达站构建二元假设问题，其中，目标角度和距离信息未知。基于上述模型，在广义似然比检测(GLRT)准则下设计自适应检测器。通过坐标下降(CD)法和梯度投影算法(GPM)求解目标角度和距离信息的估计值并得到局部检测统计量；随后在融合中心通过计算多组局部检测统计量的对数和，构建用于最终检测判断的全局检测统计量。仿真实验验证，相比于单站波形分集阵雷达，分布式波形分集阵雷达提升了目标检测概率；相比于分布式相控阵雷达，分布式波形分集阵雷达显著提升了目标检测概率和参数估计性能。
2025, 23(8):804-815.
DOI: 10.11805/TKYDA2025114
摘要:
利用毫米波雷达进行手势识别具有非接触、检测精确度高、不侵犯用户隐私、环境适应性好等优点，在工业人机交互、智能家居等场景具有广泛的应用。但现有毫米波雷达动态手势识别方法存在模型复杂度高，计算成本大，以及识别准确率低、推理速度慢等问题。为此，本文提出基于改进的轻量级MobileViT网络的手势识别方法，在保持高识别准确度的同时降低计算复杂度，以满足嵌入式设备的部署需求。首先，采集动态手势动作的毫米波雷达回波信息，消除设备噪声和背景干扰后，重组数据为采样点数×脉冲数×帧数三维数据矩阵；利用傅里叶变换生成手势动作的距离-时间图像和多普勒-时间图像，将特征图输入到改进后的MobileViT网络模型中进行特征提取和融合，输出手势动作识别结果。实验结果表明，所构建的MobileViT模型参数空间复杂度降低到0.167 M，计算复杂度为0.253 GFLOPs；该方法在12种手势类型的数据集中进行验证，识别准确率为99.31%，证明了该方法的有效性。
利用毫米波雷达进行手势识别具有非接触、检测精确度高、不侵犯用户隐私、环境适应性好等优点，在工业人机交互、智能家居等场景具有广泛的应用。但现有毫米波雷达动态手势识别方法存在模型复杂度高，计算成本大，以及识别准确率低、推理速度慢等问题。为此，本文提出基于改进的轻量级MobileViT网络的手势识别方法，在保持高识别准确度的同时降低计算复杂度，以满足嵌入式设备的部署需求。首先，采集动态手势动作的毫米波雷达回波信息，消除设备噪声和背景干扰后，重组数据为采样点数×脉冲数×帧数三维数据矩阵；利用傅里叶变换生成手势动作的距离-时间图像和多普勒-时间图像，将特征图输入到改进后的MobileViT网络模型中进行特征提取和融合，输出手势动作识别结果。实验结果表明，所构建的MobileViT模型参数空间复杂度降低到0.167 M，计算复杂度为0.253 GFLOPs；该方法在12种手势类型的数据集中进行验证，识别准确率为99.31%，证明了该方法的有效性。
2025, 23(8):793-803.
DOI: 10.11805/TKYDA2025078
摘要:
随着北斗导航系统的应用完善，外辐射源雷达(PR)获得了全天时、全天候和广域覆盖的机会信号源，在海面监测领域具有巨大的应用价值，但极低的信噪比条件和非线性时-空变结构，导致传统雷达定位与跟踪方法难以有效适用。本文提出一种融合多卫星辐射源的海面目标联合定位与跟踪(JLT)方法，通过长时间积累将各卫星回波能量聚焦至双基距离差-多普勒质心-多普勒调频率(DBR-DC-DFR)域，利用同一目标在不同卫星照射下的DFR一致性特征，将多基积累结果联合投影至 X- Y- V r域进行非相干融合，从而实现初始定位和速度估计。然后，针对外辐射源雷达的非线性量测模型，采用粒子滤波(PF)联合多卫星实现运动目标的精确跟踪。仿真实验验证了该方法能提高目标的状态估计性能，并有效降低目标轨迹误差。
随着北斗导航系统的应用完善，外辐射源雷达(PR)获得了全天时、全天候和广域覆盖的机会信号源，在海面监测领域具有巨大的应用价值，但极低的信噪比条件和非线性时-空变结构，导致传统雷达定位与跟踪方法难以有效适用。本文提出一种融合多卫星辐射源的海面目标联合定位与跟踪(JLT)方法，通过长时间积累将各卫星回波能量聚焦至双基距离差-多普勒质心-多普勒调频率(DBR-DC-DFR)域，利用同一目标在不同卫星照射下的DFR一致性特征，将多基积累结果联合投影至 X- Y- V r域进行非相干融合，从而实现初始定位和速度估计。然后，针对外辐射源雷达的非线性量测模型，采用粒子滤波(PF)联合多卫星实现运动目标的精确跟踪。仿真实验验证了该方法能提高目标的状态估计性能，并有效降低目标轨迹误差。
2025, 23(8):763-771.
DOI: 10.11805/TKYDA2025022
摘要:
现有的双基合成孔径雷达(BiSAR)成像方法将场景中所有的目标简化为点目标的叠加，忽略了目标复杂的散射过程，导致成像时回波模型失配，成像结果中目标的结构信息缺失。为此，提出一种基于目标散射特征参数估计的BiSAR目标参数化成像方法。首先，基于理想点散射模型和3种典型目标散射模型建立BiSAR参数化回波模型；其次，利用粗成像结果估计位置参数，结合参数化回波模型构建局部字典矩阵实现字典降维，然后利用交替方向乘子法(ADMM)估计目标散射特征参数；最后，根据目标参数估计结果进行图像参数化重建。通过仿真数据试验，验证了所提方法的准确性和有效性，可在图像结果中增强目标结构。
现有的双基合成孔径雷达(BiSAR)成像方法将场景中所有的目标简化为点目标的叠加，忽略了目标复杂的散射过程，导致成像时回波模型失配，成像结果中目标的结构信息缺失。为此，提出一种基于目标散射特征参数估计的BiSAR目标参数化成像方法。首先，基于理想点散射模型和3种典型目标散射模型建立BiSAR参数化回波模型；其次，利用粗成像结果估计位置参数，结合参数化回波模型构建局部字典矩阵实现字典降维，然后利用交替方向乘子法(ADMM)估计目标散射特征参数；最后，根据目标参数估计结果进行图像参数化重建。通过仿真数据试验，验证了所提方法的准确性和有效性，可在图像结果中增强目标结构。
2025, 23(8):784-792.
DOI: 10.11805/TKYDA2025029
摘要:
为满足条件恶劣、环境危险的陆地和海洋观测需求，提出一种面对低慢小平台的小型化、经济化的高精确度干涉微型合成孔径雷达(MiniSAR)系统设计方案。根据低慢小平台的特点及优势，对MiniSAR系统中的成像模式、参数设计、系统组成等进行了论述。同时，针对MiniSAR系统存在的关键技术问题进行了分析、梳理和论证。本文研究成果为系统研制提供一定的理论基础和技术支持，同时为轻量化、低功耗MiniSAR设计提供有益参考。
为满足条件恶劣、环境危险的陆地和海洋观测需求，提出一种面对低慢小平台的小型化、经济化的高精确度干涉微型合成孔径雷达(MiniSAR)系统设计方案。根据低慢小平台的特点及优势，对MiniSAR系统中的成像模式、参数设计、系统组成等进行了论述。同时，针对MiniSAR系统存在的关键技术问题进行了分析、梳理和论证。本文研究成果为系统研制提供一定的理论基础和技术支持，同时为轻量化、低功耗MiniSAR设计提供有益参考。
2025, 23(8):816-824.
DOI: 10.11805/TKYDA2024616
摘要:
为进一步挖掘分布式频率分集阵雷达空间分集与波形分集双重优势，提出一种基于最大块改进-优化最大化(MBI-MM)的分布式频率分集阵雷达收发参数联合优化方法。该方法通过联合设计各雷达站发射频偏和接收滤波器来提升雷达系统的探测性能。首先构造杂波背景下目标输出信干噪比(SINR)最大优化函数，并施加关于频偏与接收滤波器的约束；进一步，将原问题分解为2个独立变量子问题进行轮替求解；最后，通过MBI方法迭代更新2个子问题优化解直至目标函数收敛。仿真验证了通过联合优化频偏与接收滤波器能够显著提升杂波背景下目标输出的SINR。其中，仅频偏优化目标输出SINR相比于仅接收滤波器优化提升5.7 dB；经过收发参数联合优化目标输出SINR相比于仅优化接收滤波器能够提升7.2 dB，相比于仅进行频偏的优化可进一步提升1.5 dB。本文方法提高了复杂背景下雷达对特定区域的目标探测性能。
为进一步挖掘分布式频率分集阵雷达空间分集与波形分集双重优势，提出一种基于最大块改进-优化最大化(MBI-MM)的分布式频率分集阵雷达收发参数联合优化方法。该方法通过联合设计各雷达站发射频偏和接收滤波器来提升雷达系统的探测性能。首先构造杂波背景下目标输出信干噪比(SINR)最大优化函数，并施加关于频偏与接收滤波器的约束；进一步，将原问题分解为2个独立变量子问题进行轮替求解；最后，通过MBI方法迭代更新2个子问题优化解直至目标函数收敛。仿真验证了通过联合优化频偏与接收滤波器能够显著提升杂波背景下目标输出的SINR。其中，仅频偏优化目标输出SINR相比于仅接收滤波器优化提升5.7 dB；经过收发参数联合优化目标输出SINR相比于仅优化接收滤波器能够提升7.2 dB，相比于仅进行频偏的优化可进一步提升1.5 dB。本文方法提高了复杂背景下雷达对特定区域的目标探测性能。
