机载合成孔径雷达回波数据仿真研究

机载SAR回波数据是机载SAR信号处理的基础,但靠挂飞实验得到的数据价格昂贵且不灵活,也无法分析载机平台运动变化或雷达参数变化对整个SAR系统的影响.针对这一点,本文叙述了回波数据模拟的点目标理论模型并提出了二维SAR回波数据模拟的方法,给出了模拟实验的结果.并举出了这种回波数据模拟的一种应用,既通过点目标模型观察载机加速度误差对成像质量的影响.     

一种基于回波数据进行补偿的NCS算法

合成孔径雷达平台的飞行航线,一般会受到不稳定因素的影响而产生误差,导致合成孔径雷达成像过程中需要估计运动参数、多普勒参数.文中介绍了非线性CS算法特点、子孔径相关法估计多普勒调频率.根据雷达回波信号模型设计和实现机载SAR回波信号的生成系统,使用模拟产生的大斜视角SAR回波数据进行了多普勒参数估计及运动参数的估计,并使用估计的参数进行了非线性CS算法的成像.     

SAR目标回波基带信号产生模块设计

SAR目标回波基带信号产生模块是SAR目标回波模拟器的关键单元之一,其设计影响到模拟器系统的性能.该文提出了一种SAR目标回波基带信号产生模块的设计方案,详细介绍了该模块的主要功能、工作原理、模块组成以及实现方法,并提供了该模块的测试结果.经验证,它达到了SAR目标回波基带数据高速传输和大容量存储的设计要求,满足模拟器的研制需要.     

基于TS101的SAR回波信号模拟器设计与实现

针对SAR系统的测试要求,设计了一套基于DSP处理器TS101的SAR回波模拟器。该模拟器采用标准的CPCI 6U板。利用CPCI总线技术实现人机交互,能够根据目标回波参数生成所需的SAR回波数据,并通过DSP的链路口输出两路正交回波信号。测试结果表明,该模拟器生成的回波信号质量高,实时性强,能够满足SAR系统测试的需求,具有很高的工程应用价值。     

匹配傅里叶变换的SAR多普勒参数估计

讨论了SAR的基本信号模型，针对这一模型提出了应用匹配傅里叶变换估计SAR多普勒参数的新方法。文中给出了理论分析和仿真，并用机载SAR回波实际数据进行了多普勒参数估计，根据估计的多普勒参数给出了成像结果，表明了该方法可对SAR数据进行盲处理估计出多普勒参数，且精度高。     

星/机双站SAR成像处理技术研究

针对发射机为卫星、接收机为载机且飞行航迹平行模式下的双站SAR,本文建立了回波信号的模型,分析了多普勒调频率、多普勒中心、目标位置、距离弯曲等参数的变化;采用单站SAR等效法推导了回波信号二维频谱,并对单站SAR等效法与距离历程泰勒级数展开法所产生的相位误差进行了比较,进而采用Nonlinear Chirp Scaling(NCS)算法进行成像处理。通过插值校正目标沿方位向出现的几何拉伸形变,采用距离频谱搬移校正目标沿距离向的几何偏差。最后,采用仿真数据验证了本文方法的正确性。      

一种基于FPGA的自然场景的实时SAR回波模拟器

为了降低测试雷达系统的成本,设计出一种实时雷达回波模拟器对测试雷达系统的各项参数有很大的帮助。文中采用等效散射体回波模拟算法设计了一种基于FPGA的SAR回波模拟器。通过优化回波模拟算法,实时实现了SAR的回波模拟。实验结果表明,该设计模拟器可以在10.7 s内模拟出一帧1 024×1 024的自然场景的回波数据。最后对回波数据成像质量评估,证明了该回波模拟器的正确性。     

机载SAR半实物快速回波模拟设计及实现

合成孔径雷达(SAR)回波模拟计算量大、用时长,快速的实现SAR回波模拟非常有利于SAR系统的研制。设计了一种基于FPGA的通用雷达快速回波模拟半实物平台;同时为了快速实现SAR回波模拟,改进了基于等效散射体回波模拟算法;考虑到算法的并行运算,优化了可编程逻辑器件(FPGA)硬件实现流程,实现了点目标和自然场景的SAR回波快速模拟并提供高精度的回波数据。实际应用结果表明,设计的通用SAR回波模拟平台能够依据不同的SAR仿真需求快速地模拟回波信号,满足对SAR系统评估测试要求。     

一种同步轨道星机双基SAR成像方法

对同步轨道星机双基SAR的成像机理进行了研究，从回波的多普勒历程入手，指出该体制下获取的回波数据在距离多普勒域中存在耦合的现象，经典RD算法对非参考点位置的目标成像在方位向上会产生散焦。通过计算得到了相同多普勒历程方住向位置不同的点在数据域中距离向上的位置变化特征以及不同多普勒历程方位向位置相同的点在数据域中距离向上的位置变化特征，给出了在方位向分割回波数据，在距离向上非线性计算回波多普勒参数的改进成像方法。仿真结果表明，改进的成像算法可以较好地对非参考点位置的点目标完成方位向聚焦。     

双站SAR海面回波相干时间研究

由于海面的随机运动特性使得海面回波相干时间与陆地目标有很大的差异,回波的相干时间对SAR系统参数和指标设计有很大的影响。该文研究了双站SAR的海面回波相干时间,通过分析波浪随机运动造成的回波相位延迟,给出了波浪随机运动对双站SAR成像的影响。得出了双站SAR海面回波相干时间与波浪谱的关系,给出了双站SAR方位向分辨率与相关时间的关系,并通过仿真分析了相干时间与若干重要参数的关系。     

SAR目标模拟器硬件平台设计与实现

针对当前国内大多数雷达目标模拟器不能模拟大时带宽积合成孔径雷达(SAR)目标回波问题,提出了一种SAR目标模拟器硬件平台架构,采用FPGA控制DDRII存储器来存储和输出数字回波,通过数模转换后可以输出带宽150 MHz以上模拟回波信号.由于主机与目标模拟板通信采用CPCI总线,其数据吞吐率比采用USB接口的注入式SAR目标模拟器高.该平台可以3个通道同时输出不同信号,因此可模拟聚束、条带和扫描SAR等工作模式回波.测试结果表明该平台满足系统指标设计要求.     

GEO-LEO 双站视频SAR 系统若干问题研究

视频合成孔径雷达(SAR)作为一种新型的微波遥感体制,能够实现热点区域的持续监测。文中提出了一种基于GEO-LEO 双站模式的天基视频SAR 系统,其中发射源位于地球静止轨道,低轨卫星顺序接收目标场景回波信号实现对场景的持续视频监测,基于该双站模式建立了回波信号模型;同时,提出了天基视频SAR 成像过程中回波数据分割与重叠率的计算方法;最后,分析了该天基视频SAR 系统的几何分辨率。文中的研究成果可以为天基视频SAR 系统的构建提供参考。     

合成孔径雷达信号恢复技术

为了得到高质量的合成孔径雷达(SAR)图像，常常需要对损失的SAR回波数据进行恢复。本文对此进行了研究，首先从SAR成像原理分析了恢复的可行性，然后通过真实的SAR回波数据验证了其可行性。文中提出了两种恢复算法：简单的插值运算和线性预测。仿真试验结果表明，恢复效果较好。     

一种特殊构型的双站SAR的CS实现

针对发射机位于地球同步卫星的双站SAR这种新型成像雷达体制,建立了信号的回波模型,并推导了在这一模型下的Chirp Scaling算法实现.通过大场景点阵目标的仿真证明,该算法处理速度快,无需插值即可实现对SAR原始数据的二维匹配滤波操作进而实现良好的SAR图像效果,可适用于高精度发射机位于同步卫星的双站SAR的成像处理.     

基于波束形成的分布式卫星SAR成像

针对分布式卫星SAR系统的正侧视工作模式，建立了雷达信号的回波模型，提出了利用修改的距离－多普勒（RD）算法进行单个星载SAR成像的算法及波束形成合成分布工卫星SAR图像的算法。理论分析和仿真结果表明：利用该算法能提高图像的信噪比，使图像质量得到提高。     

机载前视合成孔径雷达Chirp Scaling成像算法研究

针对目前机载侧视合成孔径雷达(SAR)无法对飞行路线正前方进行高分辨率成像的问题,该文研究了一种新型机载前视SAR,分析了前视SAR的工作原理和方位分辨率提高的可行性。基于空间几何模型和回波信号形式,推导并给出了适用于机载前视SAR成像的chirp scaling算法,给出了各相位补偿因子表达式及算法实现步骤。模拟了前视SAR点目标回波数据,并利用该方法对分布于场景中心及边缘的点目标阵进行了成像仿真,分析了成像效果,成像质量指标与理论值基本吻合,证实了算法的有效性。     

基于内定标信号的合成孔径雷达系统幅相误差的提取和校正

该文根据合成孔径雷达的三路定标设计,提出了基于内定标信号的收发系统幅相误差的提取和校正方案。与从雷达回波数据中提取系统相位误差的方法相比,该方案具有两方面的优越性:提取误差不受地物特性的限制,使用方便;不但可以提取相位误差,还可以提取系统幅度误差。经验证该方案能大大改善图像质量。