大椭圆轨道SAR系统设计及关键技术研究

大椭圆轨道SAR（Highly-Elliptic Earth Orbital SAR）作为低轨SAR（LEOSAR）、中高轨SAR（MEOSAR、HEOSAR）的结合,具有观测范围广、时间分辨率高的特点,是非常具有应用前景的新型SAR系统。本文根据大椭圆轨道SAR的系统特点及优势,对大椭圆轨道SAR系统设计中的成像体制选择、工作参数选择、成像模式设计等进行了论述。针对大椭圆轨道SAR系统存在的特殊问题,对大椭圆轨道SAR的关键技术问题进行分析,提出了针对上升/下降时段、远地时段观测特点的高精度成像算法,并对大椭圆轨道SAR天线和空间环境适应性设计难点进行了总结。这些研究结果为大椭圆轨道SAR系统实现及应用提供有益参考。     

高轨SAR非平直几何动目标成像影响建模

高轨SAR覆盖范围广、轨道回归周期短,具有探测动目标的优势。由于高轨SAR轨道高度高,斜视成像模式下几何关系呈现非平直特点,低轨SAR平直成像几何下的影响分析模型并不能直接适用于高轨情况。建立高轨SAR非平直斜视成像几何,利用等距离等多普勒方程推导得到匀速运动目标成像位置偏移、二次相位误差、三次相位误差的解析表达式,分析目标运动对成像偏移、散焦造成的影响,并与平直成像几何下的运动成像影响进行对比分析。基于动目标探测角度给出仿真高轨SAR雷达参数和轨道参数,通过仿真分析,验证了成像影响理论推导的正确性。     

基于FPGA实现实时SAR成像系统设计

根据合成孔径雷达(SAR)成像基本原理,结合当前基于现场可编程门阵列(FPGA)实现数字信号处理的能力,本文对SAR成像系统的FPGA实现方法做了深入探究.该系统设计将SAR成像算法映射到FPGA中进行实现,结合重新时序分布、展开与合并等算法实现技术,同时注重流水线、并行处理等基本设计技巧,极大地提高了SAR成像系统的运算精度和运算速度.通过仿真验证,设计的系统具有实时高性能的特点,可以很好地满足空载实时SAR成像要求.     

一种新的机载圆轨条带SAR成像方法

圆轨条带合成孔径雷达(SAR)是近年来提出的一种新的SAR成像模式,与传统的直线轨迹条带SAR和凝视SAR存在相似之处,但也有其自身的很大区别。文中对圆轨条带SAR几何关系和成像原理进行了分析和推导,并结合机载平台的运动特性,提出了结合运动补偿的圆轨条带SAR成像算法,对运动误差的影响和成像性能进行了分析。最后,通过计算机仿真实验和实测数据处理验证了本文所提方法的可行性和有效性。     

基于RadBase和Vega的SAR图像仿真系统

利用软件RadBase和Multigen Vega分别实现了对机载合成孔径雷达(SAR)成像系统的仿真.讨论了2种软件在机载SAR成像仿真应用时的具体流程以及仿真系统整体实现的关键技术.给出2种软件对典型军事目标的SAR成像仿真结果,并与同参数成像条件下的真实SAR图像进行了对比.分析和对比了2种软件在机载SAR图像仿真的性能和特点.     

弹载雷达成像技术发展现状与趋势

弹载合成孔径雷达(SAR)可对观测区域进行二维高分辨率成像,获得丰富的地貌特征以及目标的尺寸、形状特征,进而选择打击点并提高打击精度和效率。与传统的机载/星载SAR成像体制相比,弹载SAR由于其探测距离远、大机动曲线突防和多平台协同作战的特点,给雷达成像技术带来了新的挑战:导弹末制导阶段处于二维甚至三维加速的大斜视工作模式,飞行轨迹与传统的SAR成像模式不同,这会带来距离方位的严重耦合,成像质量退化严重;在攻击飞行段,导弹的天线波束直接指向目标区域,弹载SAR将工作在前视状态,传统的SAR成像技术难以获取目标二维高分辨图像。针对弹载SAR存在的这些问题,该文立足弹载SAR作战需求,从曲线轨大斜视成像、前视成像和协同成像方面介绍了弹载雷达成像的关键技术和发展现状,展望未来弹载雷达成像技术的发展趋势。      

星载SAR系统设计与仿真

以星载SAR为应用背景,研制了星载SAR系统设计与仿真软件SARSIMS。SARSIMS可以完成不同波段SAR系统的总体参数设计、总体参数分析、回波仿真,条带、聚束和扫描成像模式的成像以及SAR系统的仿真。SAR系统设计的可视化是SARSIMS的主要特点,斑马图交互设计减少了设计难度和设计工作量,提高了设计效率,保证了SAR系统设计可以满足不同的要求。     

用于灾情成像的FMCW SAR系统参数设计

调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)的成像系统具有体积小、功耗低、全天候工作、灵活派遣、起降场地要求低等优点,适合应用于小区域的灾情评估。结合成像分辨率、场景宽度和数据存储率的性能指标,提出了FMCW SAR系统总体参数设计流程,对参数分解设计,详细讨论了馈通信号的滤除、数据存储速率和发射功率的设计问题。最后根据局部灾情评估的场景特点,给出了参数设计实例和仿真结果。     

GEO-LEO双基SAR序贯多帧-多通道联合重建无模糊成像方法

采用地球同步轨道(GEO)卫星作为双基合成孔径雷达(SAR)的发射站,可为低轨(LEO)接收站提供大范围、持续的波束覆盖。同时,由于收发分置的系统形态,LEO接收站可以实现下视、前视、后视等多视区成像,因此,GEO-LEO双基SAR在地球测绘、侦察监视等领域具有广阔的应用前景。为实现大幅宽成像,GEO SAR发射站的脉冲重复频率较低,而LEO SAR接收站会引入大的多普勒带宽,造成GEO-LEO双基SAR方位欠采样。通过在接收站引入多通道技术虽可抑制模糊,但是面临GEO-LEO双基SAR的严重欠采样问题,多通道无模糊重建方法所需通道数过多,不利于接收系统小型化。针对方位严重欠采样条件下的复杂观测场景无模糊成像问题,该文提出了序贯多帧-多接收通道联合重建无模糊成像方法,通过利用序贯观测场景多帧图像的相关性和多接收通道的采样信息进行联合重建,实现无模糊成像。首先将GEO-LEO双基SAR无模糊成像问题建模为张量联合低秩与稀疏优化问题,然后在交替方向乘子法迭代求解中利用多接收通道信息,实现了GEO-LEO双基SAR对复杂观测场景的无模糊成像。相比于基于传统多通道重构的成像方法,该方法可显著减少无模糊成像所需的接收通道数,仿真实验验证了该方法的有效性。      

高轨星机BiSAR分辨率分析及成像参数优化设计

高轨SAR具有覆盖范围广,重访时间短的优势。但是如果采用高轨SAR卫星同时作为发射机和接收机,不能充分发挥高轨SAR的这些优点。采用飞机或低轨卫星作为接收机平台不但能够更灵活地针对目标区域成像,而且分辨率也将大大提高。但是星机双基SAR(BiSAR)的几何构型复杂,难以直观地获知任意几何构型BiSAR的分辨率特性。该文从BiSAR基平面分辨率出发,根据几何构型得到基平面分辨率与地平面分辨率之间的几何关系,解析地表示出了BiSAR在地平面上的分辨率形状。据此可以评估BiSAR系统的分辨力,并且能够通过优化设计系统带宽和合成孔径时间两个参数使得BiSAR系统能够实现更好的分辨率特性。最后,仿真结果验证了方法的有效性。     

SAR成像质量指标评估软件系统的设计

合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)是一种应用广泛的微波遥感成像雷达,能够全天时、全天候对地观测成像,并且图像有着高方位分辨率。SAR图像研究是遥感方向最为重要的前沿领域之一。目前没有一套专门的软件系统工具来对SAR成像进行指标的计算与测量,都是建立在通用的辅助工具如MATLAB上,计算效率低且不方便。文中设计了一种SAR成像的质量评估系统软件,该系统中包含一套比较完备的SAR成像质量指标,然后以这套指标为主要出发点,设计开发出SAR图像质量指标评价的软件。该软件以C/C++语言为基础,以OGRE和CEGUI等开源库为框架。该系统能够实现对数据文件的读取、图像的基本操作、图像和数据的质量指标测定、指标的测定和计算等,并且有着友好的人机交互功能。     

一种适用于小型平台SAR的实时成像系统

针对小型化SAR成像处理器的特点，提出了一种具有性能高、体积小、实用化的实时处理系统的设计方案。从分析处理芯片、处理板并行体系结构的选择出发，给出了一种合理的SAR实时成像系统的硬件实现方案及具体实现方法。针对小型化SAR的成像特点，采用一种子孔径补偿的改进型RD成像算法，该算法具有运算量较小、补偿效果好的特点，并提出了软件设计的优化方案。     

机载重轨干涉合成孔径雷达的发展

机载重轨干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)以其系统的灵活性、机动性以及测量的高精度在很大程度上克服了星载重轨干涉SAR重访周期长、分辨率低的问题,在滑坡、火山、地震等地表活动的监测中具有不可替代的作用。该文首先详细回顾了机载重轨干涉SAR技术在国内外的发展历史和现状。然后在对机载重轨干涉SAR精度分析的基础上,对该技术在实际应用中存在的关键性问题进行了深入的分析,全面介绍了该领域相关的研究成果,并对机载重轨干涉SAR的应用前景和发展方向进行了展望。最后指出为提高参数反演的精确性还需要解决的问题。      

一种新的MIMOSAR/MTI空时等效重构方法

多输入多输出合成孔径雷达(MI MO SAR)是一种新体制的成像雷达。针对高空高速平台的SAR系统方位向口径(或方位向分辨率)和作用距离的设计矛盾,采用MI MO体制有效地解决了PRF设计的问题。并针对多通道MTI模式提出了一种新的MI MO SAR空时等效重构方法,使得系统有效地兼顾了SAR模式和MTI模式。与常规的SAR/MTI系统相比,MI MO SAR/MTI系统在SAR模式下可以实现远距离高分辨率宽观测带成像;在MTI模式下,可以实现远距离运动目标探测,且具有高的运动目标检测性能和定位精度。     

芯片化微型SAR系统方案设计与验证

传统分立器件设计的微型合成孔径雷达(SAR)系统,在体积、功耗、重量、成本方面的发展瓶颈日益显现,且系统设计方案不利于单片集成,无法满足未来微型化和泛在化的无人平台对低成本微型载荷的需求。该文针对微型雷达载荷的迫切需求,开展高分辨率微型SAR系统研究,提出了全相参的调频连续波(FMCW)系统设计方案,解决了系统高脉间相位稳定性及高隔离度设计难题,并利用K波段高密度硅基芯片对该微型SAR方案进行技术验证,研制了原理样机并开展成像应用试验。该微型SAR系统斜距分辨率7.5 cm,系统总功耗仅为1.5 W,相比传统SAR系统在体积、重量、功耗等方面取得了显著的进步,同时为微型SAR系统的硅基单片集成奠定技术基础。     

SAR成像系统重频抖动的影响及补偿

合成孔径雷达(SAR)系统要求时间严格同步,从而可利用脉冲间的相干性进行方位处理。推导了重频抖动造成的时间同步误差对SAR成像方位聚焦的影响以及其极限值,并给出了补偿方法。采用实际系统参数进行了仿真验证,并分析了存在重频抖动误差的实际SAR成像雷达系统,实测数据处理和补偿结果验证了理论的有效性。所提方法对实际雷达系统的设计、问题分析和SAR成像处理误差补偿有指导意义,具有较高的实用价值。     

基于超大幅宽的高轨SAR加速BP成像方法

在高轨(GEO)合成孔径雷达(SAR)成像中,超大的成像幅宽导致成像区域不满足平面近似,使得基于平面网格的快速BP算法失效。该文提出一种基于地表网格的快速BP算法来精确高效地处理高轨SAR信号。首先针对轨道弯曲和地表弯曲所带来的信号复杂空变问题,采用一种基于实际地表的曲面网格布置方法。针对子孔径BP图像的频谱混叠问题,提出基于曲面网格的两步频谱压缩函数,将子孔径图像在合成之前实现频谱解混叠。同时采用多级子孔径图像合成的方法提高成像效率。最后,通过对比仿真,证明了该文所提算法的精确性以及高效性。     

W波段机载视频合成孔径雷达系统

合成孔径雷达(SAR)能够全天时全天候工作,在对地遥感领域具有广泛和深入的应用。视频SAR将SAR成像获得的空间维度信息拓展到时-空维度,可以获取更加丰富的遥感信息。传统SAR频段较低,导致合成孔径时间长,数据计算量大,高帧频输出难度很大;而低频段太赫兹波对目标细节感知能力强,合成孔径短,特别适合于微弱目标的视频感知。本文设计了一种工作在W波段的视频SAR系统,采用收发分置连续波固态前端体制,输出峰值功率1 W,最大发射带宽可达1 GHz;采用极坐标格式算法(PFA)结合GPU架构实现高帧率低延时成像。仿真试验表明,系统成像分辨力可达0.15 m,成像帧率约5 Hz。     

分布式卫星的环绕对InSAR测高精度的影响

分布式卫星SAR系统是最近提出的一种新的SAR系统,该文结合干涉SAR(InSAR)技术,研究了该系统中InSAR成像所面临的问题,分析和推到了系统环绕引起的干涉相位、基线等参数的变化,以及对成像高度精度的影响,给出了相应的数学模型及关系曲线。分析结果表明随着环绕角度的增加,测高误差增大,必须对相位和基线进行合理修正。     

高效机载SAR实时成像处理系统设计

针对实际中机载SAR成像的运动误差问题,提出基于子孔径分割的高效机载SAR运动补偿算法,其中成像采用线频调变标(Chirp Scaling,CS)算法。同时设计基于FPGA+DSP的实时信号处理系统,并通过合理的数据流控制,运算资源分配和任务分配,将实时成像算法高效可靠地映射到实时信号处理器内。仿真和外场成像实验都验证了该SAR实时成像处理算法和系统的有效性及可靠性。