干涉合成孔径雷达数据处理实现方法

本文提出了干涉合成孔径雷达(INSAR)从SAR单视复图像到非模糊相位图的一种实用数据处理方法。详细讨论了其中的去平地相位、相位图噪声抑制、相位展开等的实现方法。并用ERS-1/2的真实SAR图像数据验证该方法的有效性。     

一种InSAR建筑物图像仿真及高程反演方法

城市建筑区域叠掩、阴影严重,图像理解困难且干涉相位变化复杂紊乱,一直是InSAR处理的困难区域。SAR图像仿真能为图像理解和处理方法研究提供数据支撑,然而现有建筑区域SAR图像仿真方法大多无法获得具有相干性的干涉SAR图像对。该文提出了一种面向建筑区域的干涉SAR复图像对仿真方法,能够获得建筑的复数图像对、干涉相位图以及叠掩成分数目等信息,为城区干涉SAR处理及信息提取研究提供仿真数据支撑。同时,基于仿真中对相位变化规律的分析,提出叠掩区相位解缠时的基准确定方法,解决传统解缠方法面临的叠掩区域干涉相位不连续问题,进而反演建筑高程信息。最后,通过建模仿真结果与实际SAR图像和干涉相位的对比,验证了仿真方法的正确性,并对仿真及实际干涉相位进行解缠和高程反演处理,验证了该文高程反演方法的有效性。      

干涉合成孔径雷达相位滤波的一种新算法

该文着重就目前国际上研究的一个热点干涉合成孔径雷达成像中的相位滤波问题进行了讨论。提出了一种新的相应滤波方法,可适应干涉条纹方向的变化,十分适用于对干涉条纹密集的区域进行滤波。通过对德国X-SAR数据的处理检验该方法的效果,结果相当理想。此外,这种方法实现起来相当简单。     

基于粗数字高程模型信息的干涉相位图生成方法

该文提出了一种基于粗数字高程模型(DEM)信息的干涉相位图生成方法,其思路为充分利用已有的DEM信息来完成SAR图像配准-干涉相位滤波处理。此方法首先根据粗DEM信息和系统参数计算得到SAR图像中每一像素的2维配准偏移量,从而完成SAR图像的配准。在干涉相位滤波中,由粗DEM信息仿真生成已知地形的干涉条纹图用以补偿InSAR系统录取得到的干涉相位,再对残余相位进行滤波处理,提高干涉相位滤波的性能。另外,对于高分辨率SAR图像,粗DEM高程误差和系统参数误差会引入较大的图像配准误差,该文再利用联合像素子空间投影方法进一步完成SAR图像的精确配准和相位滤波。仿真结果验证了该文方法的有效性。     

Rate allocation for spotlight SAR phase history data compression

Complex phase history data in synthetic aperture radar (SAR) systems require extensive processing before useful images can be obtained. In spotlight mode SAR systems, useful images can be obtained by applying aperture weighting and inverse Fourier transform operations to SAR phase history data. In this paper, we are concerned with the compression of the complex phase history data obtained by a spotlight SAR system. We exploit knowledge of the aperture weighting function along with Fourier transform processing to attach a "gain" factor to each complex phase history data sample. This gain factor is then used to efficiently allocate bits to the phase history data during quantization. Performance evaluations are presented for this compression system relative to other existing SAR phase history data compression systems.     

星载干涉SAR中的基线问题

基线在星载干涉SAR的系统设计和数据处理中起着非常重要的作用.本文比较全面地阐述了空间基线在星载干涉SAR中的作用.特别分析了星载干涉SAR中空间基线对SAR图像相关性、地距分辨率以及干涉SAR数据处理中的距离向平地效应和多视平均处理的影响.讨论了星载干涉SAR空间基线的设计问题,推导了空间最优基线的确定公式.最后进行了计算机仿真,仿真结果表明分析正确.     

基于分数阶傅里叶变换的运动舰船聚焦算法

为解决合成孔径雷达(SAR)图像中运动舰船目标产生的散焦现象,结合对比度最大算法和分数阶傅里叶变换(FRFT)算法,提出了一种改进的对比度分数阶傅里叶变换(CFRFT)自聚焦算法.该算法利用分数阶傅里叶变换对已成像SAR图像进行时频域分析,根据旋转角分别利用参数模型和非参数模型对二阶相位误差和高阶相位误差进行补偿,和传统的相位梯度(PGA)法相比,图像分辨率和旁瓣比提升显著,可以更有效地补偿SAR中舰船运动产生的相位误差.对不同舰船和尾迹SAR图像实验表明,算法对二阶以上的相位误差具有较好的补偿效果,误差估计准确性高,适用范围广,解决了SAR运动舰船的散焦问题,提高了海洋舰船监测的准确性.     

一种基于极坐标格式算法的高分辨SAR成像自聚焦算法

针对机载聚束合成孔径雷达(SAR)惯导精度无法满足高分辨SAR成像的问题,该文提出了一种结合极坐标格式算法(PFA)的自聚焦算法,即由粗到精的混合多阶段参数化最小熵(Hybrid Multistage Parameterized Minimum Entropy, HMPME)距离单元徙动校正方法和基于图像对比度增强(Contrast Enhancement, CE)的变步长迭代相位误差校正方法。该自聚焦算法可以直接嵌入到PFA处理中,精确地补偿了惯导测量精度不足引起的越距离单元徙动(Range Cell Migration, RCM)和相位误差,且对于低对比度、低信噪比场景数据有良好的聚焦性能。最后,利用仿真实验和实测机载聚束SAR数据验证了所提算法的有效性。     

Sparse representation-based algorithm for joint SAR image formation and autofocus

Inaccuracies in the observation model of the synthetic aperture radar (SAR) due to inaccuracies of the velocity and position of the platform or atmospheric turbulence cause degradations in reconstructed images which necessitate the use of autofocus algorithms. In this paper we propose a novel signal processing algorithm for joint SAR image formation and autofocus in a synthesis dictionary based sparse representation framework. Proposed algorithm can be applied broadly to scenes that exhibit sparsity with respect to any dictionary. This is done by extending our previously developed sparse representation-based SAR imaging framework to joint SAR image formation and autofocus. To this end, the phase error vector is separated from the unknown phase of the complex-valued back-scattered field. Phase error vector is estimated using a MAP estimator and compensated through an iterative algorithm to produce focused images. We demonstrate the effectiveness of the proposed approach on synthetic and real imagery.     

基于高分三号SAR数据的城市建筑高分辨率高维成像

传统合成孔径雷达(SAR)只能获取方位-距离二维图像,无法准确反映目标的三维散射结构信息.层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种多基线干涉测量模式,它将合成孔径原理扩展至高程向,除了可对目标进行二维成像之外,还可以准确恢复目标的高度向散射信息,真正实现三维成像.差分层析合成孔径雷达(D-TomoSAR)将合成孔径原理...     

Tutorial review of synthetic-aperture radar (SAR) with applications to imaging of the ocean surface

A synthetic aperture radar (SAR) can produce high-resolution two-dimensional images of mapped areas. The SAR comprises a pulsed transmitter, an antenna, and a phase-coherent receiver. The SAR is borne by a constant velocity vehicle such as an aircraft or satellite, with the antenna beam axis oriented obliquely to the velocity vector. The image plane is defined by the velocity vector and antenna beam axis. The image orthogonal coordinates are range and cross range (azimuth). The amplitude and phase of the received signals are collected for the duration of an integration time after which the signal is processed. High range resolution is achieved by the use of wide bandwidth transmitted pulses. High azimuth resolution is achieved by focusing, with a signal processing technique, an extremely long antenna that is synthesized from the coherent phase history. The pulse repetition frequency of the SAR is constrained within bounds established by the geometry and signal ambiguity limits. SAR operation requires relative motion between radar and target. Nominal velocity values are assumed for signal processing and measurable deviations are used for error compensation. Residual uncertainties and high-order derivatives of the velocity which are difficult to compensate may cause image smearing, defocusing, and increased image sidelobes. The SAR transforms the ocean surface into numerous small cells, each with dimensions of range and azimuth resolution. An image of a cell can be produced provided the radar cross section of the cell is sufficiently large and the cell phase history is deterministic. Ocean waves evidently move sufficiently uniformly to produce SAR images which correlate well with optical photographs and visual observations. The relationship between SAR images and oceanic physical features is not completely understood, and more analyses and investigations are desired.     

一种针对多通道GMTI的SAR复图像精确配准方法

提出了一种针对多通道GMTI的SAR复图像精确配准算法。首先,系统分析了配准误差对干涉相位的影响,推导出了对应配准误差的干涉相位Cramer-Rao界,并利用Monte Carlo仿真数据对配准误差的影响进行了量化。在此基础上,通过对待配准图像进行二维精确插值处理,生成模板图像库和相应的相关系数库,以适合多通道GMTI的复图像的相位相关为准则,找出模板图像库和相关系数库中与参考图像具有最大相位相关值的图像作为配准图像,从而实现多通道SAR复图像之间的精确配准。对基于所提算法的实测三通道SAR复图像进行慢动目标检测实验,结果表明所提算法能够提供多通道GMTI所需要的配准精度,证明了该算法的有效性和实用性。      

AN IMPLEMENTATION METHOD OF ADAPTIVE THRESHOLD TO DETECT MOVING TARGETS BASED ON ATI TECHNOLOGY

AT-InSAR(Along Track Interferometric SAR) is a technique to detect slow-moving targets. However, the detection performance is greatly influenced by noise and clutter. In this paper, the influence of noise and clutter on the detecting performance is analyzed. By simulating different background clutter and noise, the performances of the phase threshold and dual-threshold methods are discussed in detail, and then the adaptive-threshold method is proposed which can greatly improve the detection performance.     

基于CxImage库的SAR图像Speckle噪声抑制

合成孔径雷达图像的相干斑噪声抑制是SAR信息处理中的一个重要环节。经典的Speckle噪声抑制通常作为一个处理模块集成在软件中,但现有软件代码封装无法二次开发。针对文中提出了一种基于开源图像库CxImage的空间域自适应Speckle噪声抑制算法的应用与集成。将CxImage图像库链接入MFC应用程序框架中,利用其图像管理、维护、处理功能对SAR图像进行维护管理,集成多种经典的空间域自适应滤波方法,并以ERS-2卫星的PRI SAR数据为例,进行Speckle噪声滤波处理,选取适当的滤波效果评价参数,对滤波结果进行比较,最终得出各滤波算法应用于SAR图像滤波的优劣。     

机载重航过UWB InSAR干涉图生成

机载重航过超宽带(Ultra Wide Band,UWB)干涉合成孔径雷达(SAR Interferometry,InSAR)技术是一个新课题,有许多问题需要研究。分析了UWB InSAR与一般窄带InSAR相比的优势和特点,总结了UWB InSAR实现技术的难点。结合处理2幅UWB SAR图像获取干涉相位图的过程,着重阐述了粗配准精度条件下干涉相位图的估计。通过理论预测和分析实际情况检验了所得干涉相位条纹的合理性。     

复杂环境大场景SAR图像飞机目标快速检测

随着人工智能与合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）技术的发展,基于卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）的SAR图像自动目标识别技术取得了一定的突破.然而,由于飞机自身结构以及SAR成像机制的复杂性,在复杂环境大场景SAR图像中对飞机目标进行快速准确的检测依然存在挑战.为提升算法的检测能力,本文对现有检测算法的处理流程进行了分析与总结,并提出了一种复杂环境大场景SAR图像飞机目标快速检测算法.算法优化了整体检测流程,设计了基于灰度特征的机场区域精细化提取和基于CNN的飞机目标粗检测两大子模块,并采用了YOLOv3网络对机场区域以及飞机目标分别进行初步的提取与检测.实验结果表明,本文算法对复杂环境大场景SAR图像中的飞机目标具有高效的检测能力.     

基于高性能机群的环境一号C 卫星SAR 图像全分辨率快视实时处理系统设计与实现

该文设计和实现了基于高性能机群的环境一号C 卫星 SAR 图像全分辨率快视实时处理系统,该系统对环境一号C 卫星2012 年12 月9 日首次开机获取的SAR 遥感数据进行了快视图像处理。结果表明:该快视处理系统完全满足SAR 图像全分辨率快视实时处理能力。该系统是我国首次实现星载SAR 图像全分辨率快视实时处理的业务运行系统。      

基于StereoSAR辅助的InSAR DEM重建方法研究

StereoSAR与InSAR是两种利用合成孔径雷达图像重建DEM的关键技术。InSAR利用SAR干涉像对的相位信息重建高程,具有DEM重建精度高的特点,但DEM重建精度受环境、时间等失相干因素影响较大;StereoSAR是利用SAR立体像对的幅度信息重建高程,尽管DEM重建理论精度比InSAR差,但受失相干因素影响小,并且可以在缺乏外部辅助高程信息时获取绝对DEM。在传统的InSAR处理中,干涉条纹密集区域相位解缠难度较大,存在相位解缠错误和错误传播现象,且在没有地面控制点或外部DEM的时难以获得绝对DEM。文中提出了一种迭代式的基于StereoSAR辅助的InSAR高精度DEM重建方法,该方法可以在缺乏外部高程信息时获得绝对DEM,降低干涉条纹密集区域相位解缠的难度,提高DEM重建精度。采用文中所提方法、传统InSAR方法及公开DEM辅助InSAR DEM重建方法,分别在地形复杂与平坦区域进行DEM重建,并用ICESat/GLAS及TanDEM-X DEM进行精度评估。DEM重建结果验证了文中所提方法的有效性,所提方法的DEM重建精度优于传统InSAR方法且与公开DEM辅助InSAR DEM重建方法精度相当。     

基于子孔径包络误差校正的SAR高精度运动补偿方法

目前,SAR正在向体积小、重量轻、功耗低的方向发展,由于受气流的影响,微小型SAR平台极易偏离理想航迹,大幅运动误差造成SAR图像质量严重下降,因此在微小型SAR成像处理过程中对运动误差的精确补偿十分重要。运动误差会造成包络误差和相位误差,传统运动补偿算法往往忽略包络误差的空变性,但是当运动误差幅度过大时空变的包络误差会对成像质量造成严重影响。该文提出与频分子孔径运动补偿算法相结合的包络误差校正方法,该方法消除了空变包络误差的影响,从而改善了成像质量。仿真和实测数据处理结果验证了该算法的有效性。      

相关系数图分类及其在干涉SAR二维相位展开中的应用

二维相位展开是干涉SAR数据处理中的关键步骤。该文在讨论干涉SAR相关系数图分类与二维相位展开之间关系的基础上,将相关系数图分类应用于干涉SAR二维相位展开。提出了基于K-均值-Markov随机场的干涉SAR相关系数图组合分类算法。在相位展开时对特定类别的区域作相应的处理,避免了不含有效相位区域的相位误差在相位展开过程中的传播。实验结果证实了该方法的有效性。