任意构型双基地SAR二维频谱精度定量评估研究

双基地SAR频域成像算法,是目前SAR成像领域的研究热点。由于双基地SAR的距离历史具有双根号形式,利用驻定相位原理无法得到解析的二维频谱表达式,这给双基地SAR频域成像算法的研究带来了一定困难。本文通过引入点目标冲激响应,利用主瓣宽度、峰值旁瓣比和积分旁瓣比三个指标对扩展LBF、级数反演、二维驻定相位原理得到的点目标冲激响应进行了量化评估。同时,以星机双基地SAR成像为例,仿真不同频谱模型的二维聚焦效果,进一步验证了不同频谱模型的精度。      

一种改进的基于波前重构的圆周SAR三维成像算法

与传统的直线SAR相比,圆周SAR(CSAR)具有对场景进行3维成像的能力。该文提出了一种基于波前重构的圆周SAR 3维成像的新方法,该算法通过补偿掉雷达运动轨迹引入的相位项的方法实现了图像的聚焦,避免了Hankel函数的计算,从而大大降低了算法实现的复杂度。仿真与实测CSAR数据成像结果验证了该算法的有效性。     

二维匹配滤波实现多角度SAR成像

 多角度SAR图像能够更全面描述目标不同角度下的特征信息,对目标识别具有重要意义.实现多角度SAR成像需要解决两个问题,一是在多角度测量模式下,传统成像算法的远场条件不能满足,成像散焦严重;二是空间采样不连续使得基于傅里叶变换的成像算法产生很高的旁瓣.本文利用二维匹配滤波函数的聚焦功能实现多角度SAR成像.通过调整成像参考点位置构造二维匹配函数,然后将测量数据用匹配函数进行滤波.与传统SAR成像算法相比,本文提出的多角度SAR成像算法突破了空间采样必须均匀和连续的束缚,更具有普适性.实验结果表明本文算法不仅能够实现多角度SAR成像,提高成像分辨率,而且多角度SAR图像能够描述目标散射特征的空间变化.     

基于BP和CS相结合的圆周SAR三维成像算法

与传统的直线SAR相比,圆周SAR(CSAR)具有对场景进行三维成像的能力,但对于一般的目标,其有效孔径只是一定角度的圆弧而非完整圆周孔径,使得圆周SAR只能获得航迹向和斜距向的高分辨率,影响了其三维成像能力,所以现在通常采用沿着不同高度角进行多次观测的多航过圆周SAR模式来实现三维成像。针对多航过圆周SAR由于多航过稀疏并且非均匀采样而严重影响成像质量的问题,提出一种将BP算法和压缩传感算法(CS)结合的三维成像算法。该算法先利用BP算法实现每一次航过数据的二维成像,再利用压缩传感算法进行高度向聚焦,来改善高度向的聚焦质量,最后将实测数据成像结果和传统的三维BP算法的结果进行比较,证明该算法可以有效地抑制旁瓣,得到超分辨的三维成像结果。     

基于改进三维后向投影的多圈圆迹SAR相干三维成像方法

圆迹SAR(CSAR)因其特殊曲线运动轨迹而具备3维成像能力.单圈CSAR理论上可以获得距离方位平面亚波长级的分辨率,但是高程向分辨率却很低.同时,利用后向投影(BP)算法进行CSAR 3维成像的算法复杂度高,成像效率低.该文提出一种基于改进3维后向投影的多圈CSAR相干3维成像方法,针对现有成像算法时间复杂度高的问题,提出一种构造几何插值核的CSAR改进3维后向投影算法,可将3维插值操作转化为1维插值操作和距离向量搜索操作,通过多圈CSAR改进3维后向投影成像结果相干积累的方式得到最终3维图像.该文所提方法可有效解决单圈CSAR 3维成像高程向分辨率低的问题,改善3维成像细节,同时能够大幅降低CSAR 3维成像时间.仿真圆锥目标和美国空军实验室GOTCHA数据3维成像结果验证了该文所提方法的有效性.     

基于改进三维后向投影的多圈圆迹SAR相干三维成像方法

圆迹SAR(CSAR)因其特殊曲线运动轨迹而具备3维成像能力。单圈CSAR理论上可以获得距离方位平面亚波长级的分辨率,但是高程向分辨率却很低。同时,利用后向投影(BP)算法进行CSAR 3维成像的算法复杂度高,成像效率低。该文提出一种基于改进3维后向投影的多圈CSAR相干3维成像方法,针对现有成像算法时间复杂度高的问题,提出一种构造几何插值核的CSAR改进3维后向投影算法,可将3维插值操作转化为1维插值操作和距离向量搜索操作,通过多圈CSAR改进3维后向投影成像结果相干积累的方式得到最终3维图像。该文所提方法可有效解决单圈CSAR 3维成像高程向分辨率低的问题,改善3维成像细节,同时能够大幅降低CSAR 3维成像时间。仿真圆锥目标和美国空军实验室GOTCHA数据3维成像结果验证了该文所提方法的有效性。     

基于目标CSAR回波模型的SAR自动目标识别算法

基于模板的SAR目标识别需要存储海量的目标模板,给识别系统的设计和算法效率的提高都造成了严重的困难,而基于模型的方法克服了上述问题,并已成为下一代目标识别算法研究的热点。该文提出的基于圆周SAR(CSAR)回波模型的识别算法,从目标的3维CAD模型出发,利用弹射线原理构建目标的CSAR回波,并通过在线实时预测目标聚束SAR图像来完成识别。同传统的基于散射中心模型的算法相比,利用CSAR回波的算法不仅预测结果准确,而且算法简单高效。仿真实验验证了算法的有效性,并比较了相关算法的优缺点。     

异构平台双基SAR成像的RD算法

LBF是第一个原理上适用于任意构型双基SAR的点目标二维解析频谱.传统的LBF对于速度差异较大的异种平台构型双基SAR的精度低,无法实现有效聚焦成像处理.本文给出了一种基于加权LBF的双基SAR的RD算法.仿真成像结果验证了所提方法的有效性.     

基于图像质量指标的SAR干扰效能评估研究

合成孔径雷达通过距离向的脉冲压缩技术和方位向的合成孔径天线实现距离维和方位维的高分辨率。文章在建立对点目标成像模型的基础上，引入SAR图像质量评估指标，用峰值旁瓣比和积分旁瓣比来定量地评价有源噪声压制干扰对点目标成像的干扰效果，并就几种典型的噪声压制干扰样式对SAR的干扰进行了计算机仿真。     

基于空间变迹滤波旁瓣抑制与有序统计恒虚警率的舰船检测算法

由于合成孔径雷达(SAR)特殊的成像机制,导致了SAR图像上出现了旁瓣效应(SVA)。针对舰船目标检测过程中,旁瓣效应改变了强反射目标的形状导致的定位困难与定位错误问题,该文提出了一种基于空间变迹滤波与有序统计恒虚警率(OS-CFAR)的舰船检测算法。该算法将空间变迹滤波算法运用到复图像数据中,针对目标检测要求的实时性问题进行算法改进,通过全局CFAR只对潜在目标点进行旁瓣抑制而忽略对舰船检测无意义的大量背景点,在抑制旁瓣的同时减少了算法运算量。然后采用非线性的OS-CAFR算法对旁瓣抑制后的图像进行目标检测,并且采用形态学膨胀运算,弥补SVA算法可能造成的像素点幅值错误降低的问题。最后利用高分三号(GF-3)的实测数据进行验证,通过对比有无使用该文算法的结果的图像对比度与检查目标个数,体现了算法的有效性。      

机载SAR多模式统一化成像处理技术研究

合成孔径雷达(SAR)技术能够实现感兴趣区域(ROI)的多模式成像与超高分辨观测。然而,超高分辨成像因多脉冲长时间相干积累而面临方位频谱混叠问题,且对于斜视情况下的凝视和滑动聚束模式,传统频域成像算法难以实现统一化处理。据此,本文提出了一种SAR多模式统一化成像处理算法。首先,采用线性距离走动校正削弱斜视数据的两维耦合。然后,结合基于方位Deramp技术的混叠频谱重建方法与方位重采样,实现混叠信号的恢复及聚焦深度问题的解决。最后,利用扩展的距离徙动算法进一步完成ROI精聚焦。本文所提算法能够对斜视的凝视和滑动聚束数据进行统一化的成像处理。基于点目标仿真与机载SAR多模式实测数据处理结果,验证了所提方法的有效性。     

基于定标器相位梯度提取的圆迹SAR轨迹重建方法

圆迹合成孔径雷达(CSAR)高分辨率成像,对惯导系统的精度和稳定性提出了更高的要求,运动补偿技术是关键技术之一。该文首先分析了轨迹测量误差引起的相位误差,然后针对相位误差的空变性给出一种基于定标器相位梯度提取的圆迹SAR轨迹重建方法。该方法从SAR回波数据中提取定标器沿方位向的相位梯度,结合多个定标器的相位梯度,利用三边测量法重建高精度圆迹SAR轨迹,用于获取高质量的CSAR图像。该方法解决了轨迹测量误差引起的图像散焦问题,可实现整个场景的有效聚焦。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

基于编码项补偿的OFDM信号SAR成像

该文探讨了正交频分复用(OFDM)波形在SAR中可能的应用,重点讨论了基于该信号体制的SAR成像。OFDM波形改变了传统线性调频信号平坦的频谱,给高分辨成像带来了新的问题。该文深入分析了OFDM波形的信号特点,推导了其2维频谱,提出了一种适合OFDM SAR精确成像的方法。该成像算法利用对编码项的补偿,实现了OFDM波形下的距离迁徙校正,有效降低了编码信号对旁瓣的影响,充分提高了OFDM波形的成像性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

圆周SAR子孔径频域成像处理方法研究

圆周合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR)因具有超高分辨率、三维成像能力、全方位信息获取等优势已经成为雷达领域的研究热点.在实际应用中,场景中目标通常仅在较小观测角度内具有近似恒定的散射特性.为此本文提出了一种基于子孔径划分的CSAR频域成像处理方法,该方法相比于时域成像处理具有更高的处理效率.文中给出了CSAR回波的频谱表达形式并深入分析了其特性;提出了CSAR子孔径频域成像处理的基本流程,理论上详细论证了文中所提算法的可行性.最后仿真试验证实了文中所提信号模型及成像处理流程的正确性.     

可结合CSAR时域成像处理的改进PGA方法

以后向投影算法（Back Projection, BP）为代表的时域类成像算法能够适用于复杂轨迹下的雷达图像重建,且具有精确成像能力。然而,这类算法的成像过程往往不满足结合传统自聚焦算法的条件,从而限制了其对实测数据的成像性能。针对这个问题,本文提出了一种可结合圆周合成孔径雷达（Circular Synthetic Aperture Radar, CSAR）时域成像处理的改进相位梯度自聚焦算法（Phase Gradient Autofocus, PGA）。首先,基于CSAR的成像几何,推导了运动误差形式;在此基础上建立了运动误差条件下的BP成像处理信号模型;接下来,提出了可结合CSAR时域成像处理的改进PGA算法,并给出了详细的处理流程;最后,利用实测数据成像处理结果证明了理论分析的正确性和所提算法的有效性。      

机载圆周SAR成像技术研究

机载圆周合成孔径雷达(CSAR)作为一种新兴的成像模式,具有全方位观测、高空间分辨率和可三维成像等优点。随着CSAR成像技术的不断发展,现已逐渐成为对重点区域实施精确观测的有效手段之一。该文重点阐述了作者所在研究团队近年来在机载CSAR成像技术方面完成的研究工作,包括机载CSAR成像模型,空间分辨率评估,CSAR二维成像,基于单圆周CSAR的目标三维图像重构和多基线CSAR(HoloSAR)三维成像等技术,并给出了P, X两个频段机载CSAR的实测数据处理结果。已取得的研究成果证明了机载CSAR成像的有效性和实用性。该文主要内容基于作者2019年8月16日在“雷达学报第五届青年科学家论坛”上的学术报告。      

在振动环境下相位噪声对星机BiSAR的影响

振荡器的相位噪声是影响BiSAR获得高分辨率图像的重要因素之一。振荡器是一种对振动极为敏感的器件。因此,在振动环境下,定量分析相位噪声对BiSAR的影响是十分必要的。文中基于两个独立非同分布的振荡器,机载SAR在静态条件和随机振动环境下,推导了星载一机栽混合BiSAR（SA-BiSAR）积分旁瓣比的计算公式。仿真结果表明,在静态条件下,SA—BiSAR仍然具有很低的相噪谱;机载SAR在振动环境下,对于L波段,可以满足成像的基本要求;对于X波段,需采取必要的隔振措施提高系统的抗振性能来满足成像的条件。     

基于预失真编码激励与最小方差波束形成的超声成像算法

为了提高医学超声成像的轴向分辨力,文中提出一种基于预失真编码激励与改进最小方差自适应波束相结合的成像方法。该方法一方面对编码激励信号进行预失真和旁瓣抑制处理,补偿探头对信号的影响,提高发射端的分辨率与成像对比度;另一方面对接收数据采用改进的最小方差波束形成,有效提高了医学超声成像过程中的分辨率并改善自适应算法的鲁棒性。仿真结果表明,相对于恒包络信号与传统的延时叠加波束形成算法,文中算法从信号源和接收数据两方面提高了成像的对比度和分辨力,为实现高质量的超声成像系统提供了理论依据。     

频率分集阵列“点”型发射方向图综合方法

波束综合技术可将雷达发射功率在感兴趣的空域汇聚,相关研究已从角度维上的聚焦发展到距离-角度二维空间上的聚焦,这种技术在高分辨率成像、远距离能量传输和医学靶向治疗等方面有广阔应用前景。针对现有基于频率分集阵列的“点”型发射方向图综合方法在分辨率和阵元间发射功率均衡性方面存在的不足,在理论分析“点”型发射方向图综合求解算法的同时,提出了基于凸优化的约束加权矩阵综合新算法。仿真结果表明,该算法在有效性、分辨率和旁瓣抑制性能方面比现有算法有较大提高。