机载多维度SAR误差分析与成像自配准处理方法

随着机载SAR技术发展,在同一架飞机上可以同时安装多个波段的全极化SAR载荷,形成机载多维度SAR系统。中科院空天院牵头研制了一部机载多维度SAR系统,并采用统一的频率源作为基准,以保证不同波段SAR之间在时间、相位方面的一致性,开展了数据获取实验。本文分析了该机载多维度SAR在采样延迟、方位时间和运动补偿等方面的误差,并提出了一致性校正和成像处理的方法,实现了无需后续图像匹配的成像自配准。机载多维度SAR实验数据处理结果表明,多波段成像自配准精度达到1个像素以内,为后续多维度SAR数据联合分析提供了良好的基础。     

结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理

低频机载UWB SAR实现高分辨成像需要大积累角和长孔径,实时成像面临大数据量和大运算量的挑战;此外,较长的孔径时间内载机运动比较复杂,增加了实时运动补偿的难度。本文讨论了机载UWB SAR实时成像的子孔径NCS算法,分析了其降低数据量和提高成像精度的改进措施;然后讨论了基于运动测量数据的实时运动补偿方案,利用实时PRI调整补偿前向运动误差,并在实时成像流程中嵌入视线运动误差补偿环节。在上述分析的基础上,提出了结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理流程。最后,给出了实际飞行实验中机载UWB SAR的实时处理结果,证明本文所提流程可以满足机载UWB SAR处理实时性以及处理精度的要求。      

圆迹SAR 成像技术研究进展

圆迹SAR(Circular SAR, CSAR)是近年来提出并发展起来的一种高分辨3 维成像模式,通过传感器平台的曲线运动,获取被观测目标多方位乃至360全向观测信息,以满足越来越高的精细观测需求。2011 年8 月,中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室利用自行研制的P 波段全极化SAR 系统开展了国内首次机载圆迹SAR 飞行实验,成功获取了全方位高分辨圆迹SAR 图像,实验结果初步展示了圆迹SAR 成像技术在高精度测绘、灾害评估和精细资源管理等领域的应用潜力。该文详细讨论了圆迹SAR 成像技术的研究进展,介绍了近年来国内外开展的若干次机载飞行实验以展示圆迹SAR 的独特应用优势,总结分析了圆迹SAR 的关键技术,最后对其发展趋势进行了展望。      

机载多维度SAR航空观测系统实验初步进展

随着合成孔径雷达(SAR)技术的发展,从极化、频率、角度和时相等多个维度空间联合观测成为SAR发展的重要趋势,但维度联合观测的系统与实验少有报道。该文概要介绍了机载多维度SAR(MSJosSAR)航空观测系统的能力,归纳总结了该系统的技术特点。提出多维度SAR一致性成像方法,实现多波段成像后的配准精度优于1个像元。分析了多波段极化角度特征谱、多方位角层析3维结构重建、多时相相干变化检测等3种SAR多维观测量的初步实验结果,验证了系统的多维观测能力。     

可视化机载SAR海洋场景仿真系统

传统的SAR仿真及成像处理主要基于科学计算软件的大量数学运算,提出了一种机载SAR海洋场景的可视化仿真系统。本仿真系统基于C/S架构,客户端基于OpenGL渲染场景,主要包括动态海洋场景绘制、飞机三维模型导入、机载SAR扫描过程模拟、网络通信、SAR回波成像显示等模块,服务器端负责基于GPU并行计算海洋的SAR仿真回波。系统运行及仿真结果表明,本系统可以较为逼真地实现机载SAR海洋场景的可视化。     

L波段机载重轨干涉SAR系统及其试验研究

该文介绍了一种L波段机载重轨干涉合成孔径雷达(SAR)系统及其开展的重轨干涉SAR飞行试验与数据反演研究。重点介绍了系统内定标方法、基于差分全球定位系统/惯性测量单元(DGPS/IMU)组合导航系统的重轨干涉SAR(InSAR)成像处理方法、残余运动误差(RME)估计和补偿算法以及干涉SAR模型下高程反演方法。在实测飞行试验数据中选择了两块具有代表性的试验区域,详细分析了重轨干涉SAR数据的相干性和残余运动补偿的效果,并通过干涉反演得到试验区的高程图(DEM),利用地面测量点验证得到两试验区的高程精度分别为3.40 m和2.85 m。实验结果表明该系统具有重轨干涉SAR数据获取及高精度高程反演能力,这对机载重轨干涉SAR系统设计及重点区域地形测绘具有重要借鉴意义。在飞行航迹控制较好的情况下,该系统可用于差分干涉SAR、极化干涉SAR以及层析SAR等的研究。      

基于SAR实测数据的舰船成像研究

该文基于机载SAR实测数据,对舰船目标成像进行了研究。SAR成像是针对静止目标,舰船目标表现在SAR图像上是散焦的。基于舰船目标的非合作性,可采用ISAR的方法对其进行成像处理,以得到高分辨的舰船图像。该文介绍了如何从SAR实测数据中提取出舰船目标的回波数据,并讨论了对舰船成像比较有效的ISAR运动补偿方法。最后给出了多艘典型舰船的清晰成像结果。该文提供了机载雷达SAR模式工作时对舰船成像的有效处理方法。     

多航迹圆迹SAR三维联合稀疏成像方法

多航迹圆迹SAR具备三维成像能力,但受多次航迹观测,在高度向采样不足以及目标多角度观测散射特性变化等因素影响,多航迹圆迹SAR三维成像性能还需进一步提高,以满足后端目标解译的需求。文中综合利用成像场景在距离、方位和高度三个维度的稀疏分布特性,建立联合稀疏重构模型,实现高分辨率三维成像。进一步,针对建筑物等人造目标后向散射特性随角度变化剧烈的问题,采用分子孔径稀疏约束成像后进行子孔径非相干叠加的方式,以提高最终三维成像结果的信噪比等性能,在进行联合稀疏重构时采用分子孔径处理提高了目标的可解译度。Gotcha实测停车场数据中圆台Top-hat和Toyota Camry轿车的三维成像实验验证了方法的有效性。     

基于子孔径方法的机载SAR实时处理

分析了SAR成像过程中方位压缩的机理,提出了基于方位子孔径处理的机载SAR实时成像算法。该算法将方位压缩过程划分为多个方位子孔径的压缩,然后通过子孔径压缩结果的合成以完成方位压缩,整个过程基于快速傅里叶变换通过串行流水的方式实现。实录数据的成像实验表明,该算法能有效地克服实时成像中长合成孔径带来的困难,获得比较满意的成像质量。     

基于Vega的雷达图像生成仿真系统设计

进行合成孔径雷达（SAR）成像仿真是研究成像雷达的一个重要手段。利用软件平台VC＋＋,Multigen Creator和Vega设计机载合成孔径雷达（SAR）成像仿真系统是一种新的仿真手段,在此论述了利用Vega的雷达仿真模块——RadarWorks开发机载SAR成像仿真软件的流程以及整体系统的实现等关键技术。仿真结果表明新方法能较好地满足SAR实时成像仿真需求,有助于促进SAR成像实时仿真技术的发展。     

三维目标曲线SAR成像的降维搜索算法

曲线合成孔径雷达(CurviLinear Synthetic Aperture Radar,CLSAR)利用雷达平台的单条曲线轨迹就可形成三维成像所需的曲线合成孔径。由于CLSAR采集的数据在三维频率空间是稀疏的,简单地采用非参数化方法所获得的图像几乎无法使用,所以有价值的目标三维像必须采用参数化方法来获得。该文提出一种新的适用于CLSAR的目标三维成像算法。该算法巧妙地利用了接收数据中距离方向与垂直距离方向参数间的弱耦合性,将高维优化问题解耦为低维优化问题,并顺序地估计出相应参数,最后采用一个迭代过程进行参数求精。仿真实验表明,新算法是一种适用于CLSAR的有效的目标三维成像算法。     

机载视频合成孔径雷达成像技术研究

机载视频合成孔径雷达(ViSAR)工作在太赫兹波段,具有5 Hz以上的无孔径交叠成像帧率。其采用一发四收系统架构,具备合成孔径雷达(SAR)成像、地面动目标检测(GMTI)和干涉合成孔径雷达(InSAR)测高等功能,兼具光学传感器成像速度快以及微波雷达环境与气候适应性好等优势。论文介绍了机载视频合成孔径雷达研究进展,实验表明,其成像分辨率优于0.2 m,合成孔径时间可缩短至0.2 s。利用阴影信息可以对运动目标(如卡车等)进行检测,结合传统的GMTI与InSAR技术,实现对复杂运动目标的成像、跟踪和定位。     

曲线合成孔径雷达三维成像研究进展与展望

曲线合成孔径雷达(CLSAR)是当今雷达遥感研究的新领域,近年来针对CLSAR的研究多集中于3维点目标特征提取和曲线孔径设计。该文对已有的CLSAR 3维点目标特征提取算法和孔径设计方法进行了分类,在介绍基本原理的基础上,比较了各种方法的优缺点,阐述了其中的关键问题。最后对CLSAR目标3维成像与特征提取、曲线孔径设计的发展前景进行了展望。      

多传感器战场监控系统仿真设计与实现

利用多传感器实施战场监控是当前各国军事采用的先进手段之一,文中首先分析了美国最新的联合监视目标攻击雷达系统,然后详细论述了多传感器战场监控仿真系统体系结构,并设计实施了集合成孔径雷达、动目标显示雷达处理模块、红外探测模块为一体的仿真软件.通过对合成孔径雷达成像结果、空时自适应数据分析、红外探测数据的输入进行数据融合处理,进而获得较好的战场监控与目标识别效果,为现代化战场信息监控提供关键技术支持.     

基于MIMO雷达的高分辨成像方法

以实现对空中目标的高分辨成像为目的,文章提出了基于MIMO雷达的技术解决方案.首先分析了MIMO雷达的工作原理和实现形式,而后建立了MIMO雷达成像模型,并推导出MIMO雷达多通道回波与目标空间频谱的对应关系.通过分析目标空间频谱的支撑区分布,论证了MIMO雷达阵列方位向的高分辨成像能力.最后进行了成像仿真实验.结果表明:在同等接收阵列条件下,MIMO阵列与实孔径阵列相比方位分辨率能够得到数倍的提高.     

机载预警雷达技术及信号处理方法综述

机载预警雷达及其信号处理技术经历了巨大的发展,但也面临着隐身目标、非均匀杂波、复杂电磁环境、目标的识别和多种作战任务的严峻挑战。该文回顾了机载预警雷达及其信号处理技术的发展历程,分析了机载预警雷达面临的反隐身、反干扰、反杂波和目标识别方面的挑战,在此基础上提出了机载预警雷达体制正向数字化、宽带化、协同化、智能化和多功能一体化演变的趋势,最后分析了3D-STAP, MIMO-STAP、宽带检测、认知抗干扰等关键技术,有望对下一代机载预警雷达的研制发挥一定的指导意义。     

Translational rotational motion compensation: a single algorithm for different radar maging applications

A single algorithm for various radar imaging applications is presented. The idea behind the proposed approach is that any motion between radar and target can always be modelled as a composition of translational and rotational components. Novel techniques to estimate and compensate these two motion components are discussed and also validated by application to real radar data for different targets (ships, aircraft, ground). By the translational-rotational-motion-compensation algorithm, good results can be achieved, especially in cases characterised by evident variation of the rotation rate during the coherent processing time for imaging. This usually happens in aircraft, ship or ground mover inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging as well as in squinted or for.ward-looking SAR. In any case, the efficiency and the accuracy of the algorithm presented for translational motion compensation might be the initial step of alternative radar imaging processing. The simplicity of the proposed algorithms makes them suitable and convenient for real-time application even for compact and low-weight radar systems to be fitted on board unmanned aerial vehicles (UAV) or other airborne platforms. The proposed concept is the result of the authors' decennial experience devoted to achieve a single, simple, robust, reliable and efficient signal processing algorithm for several real-time radar imaging applications.     

A system model and inversion for synthetic aperture radar imaging

A system model and its corresponding inversion for synthetic aperture radar (SAR) imaging are presented. The system model incorporates the spherical nature of a radar's radiation pattern at far field. The inverse method based on this model performs a spatial Fourier transform (Doppler processing) on the recorded signals with respect to the available coordinates of a translational radar (SAR) or target (inverse SAR). It is shown that the transformed data provide samples of the spatial Fourier transform of the target's reflectivity function. The inverse method can be modified to incorporate deviations of the radar's motion from its prescribed straight line path. The effects of finite aperture on resolution, reconstruction, and sampling constraints for the imaging problem are discussed.     

EMISAR: an absolutely calibrated polarimetric L- and C-band SAR

EMISAR is a high-resolution (2×2 m), fully polarimetric, dual-frequency (L- and C-band) synthetic aperture radar (SAR) system designed for remote-sensing applications. The SAR is operated at high altitudes on a Gulfstream G-3 jet aircraft. The system is very well calibrated and has low sidelobes and low cross-polar contamination. Digital technology has been utilized to realize a flexible and highly stable radar with variable resolution, swath width, and imaging geometry. Thermal control and several calibration loops have been built into the system to ensure system stability and absolute calibration. Accurately measured antenna gains and radiation patterns are included in the calibration. The processing system is developed to support data calibration, which is the key to most of the current applications. Recent interferometric enhancements are important for many scientific applications