WIDE SWATH FMCW SAR DATA PROCESSING IN SQUINT MODE简

This paper concentrates on the data processing of Frequency Modulation Continuous Wave （FMCW）, Synthetic Aperture Radar （SAR） in the case of wide swath and squint mode. In the mode, the Doppler centroid dramatically varies along slant range compared to conventional pulsed-SAR. This poses a challenge for system design and signal processing since a very large azimuth bandwidth would be introduced. In the paper, we accommodate the Doppler centroid variations with range by an im- proved spectral-length extension method, where a bulk range shift and updated Doppler centroid variations are introduced to greatly reduce the azimuth aliasing with respective to the existing methods Moreover, an image formation approach that integrates wave number domain algorithm is presented to focus the raw data of FMCW SAR in the case of wide swath and squint mode. Point target simulation experiment demonstrates the advantages of the presented method.     

椭圆轨道全零多普勒导引律研究

星载合成孔径雷达(SAR)数据处理中,多普勒特性对于方位向性能以及成像精度都有直接的影响。基于轨道动力学理论,在椭圆轨道情况下,该文导出了同时考虑偏航控制和俯仰控制的多普勒中心频率解析表达式,分别分析了偏航控制和俯仰控制对多普勒中心的影响,提出一种基于椭圆轨道的全零多普勒方法,并用TerraSAR-X轨道参数进行了数值仿真,仿真结果表明,使用该方法后,多普勒中心频率被减小到不超过5 Hz,比传统的偏航导引方法缩小了约一百倍,比基于瞬时圆轨道的全零多普勒方法缩小了5倍,表明了该方法的有效性。     

等效斜视距离模型在星载LEO-SAR中的精度分析

该文旨在研究等效斜视距离模型在低轨星载SAR高分辨率情况下的适用性,并分析其最佳性能——即该模型适用的最长合成孔径时间及对应的最高分辨率。该文首先通过建立精确的"星-地"几何模型推导出具有较高精度的多普勒中心和多普勒调频率计算公式,进而通过多普勒参数反演得到等效斜视距离模型。通过与数值方法得到的斜距信息比较,可以得到该距离模型拟合结果的误差,当该误差在p/4阈值之内,图像就不会散焦。利用该思想,该文以TerraSAR-X参数为例,分析了等效斜视模型可以适用的最长合成孔径时间及对应的最高分辨率。该文结论给一般的低轨星载SAR距离模型分析提供了一种普适的方法。     

地球同步轨道星载SAR多普勒特性分析

该文推导了适用于任意轨道高度的星载SAR多普勒中心频率和调频率的精确公式,为中高轨SAR多普勒特性的研究提供了有效的方法。基于上述公式,分析了地球同步轨道SAR多普勒中心频率与低轨SAR的联系;研究了星载SAR多普勒调频率随轨道高度的变化和地球自转对同步轨道SAR和低轨SAR调频率的影响;探讨了同步轨道SAR多普勒中心频率和调频率的特征。通过数值仿真验证了推导公式和多普勒特性分析的正确性。     

椭圆轨道下雷达多普勒特性估计

在星载合成孔径雷达中,多普勒特性是决定雷达方位向性能的主要因素,对它的正确估计将影响到雷达的性能和最后成像的精度。该文以椭圆轨道为基础,对不同轨道角度下的多普勒中心频率和多普勒调频斜率进行了估计,考虑了卫星不同姿态误差对它的影响,并也圆轨道下的情况进行了对比。最后讨论了椭圆轨道下零多普勒点的偏角情况。     

Estimation of doppler centroid frequency in spaceborne ScanSAR

Doppler centroid frequency is an essential parameter in the imaging processing of the Scanning mode Synthetic Aperture Radar （ScanSAR）. Inaccurate Doppler centroid frequency will result in ghost images in imaging result. In this letter, the principle and algorithms of Doppler centroid frequency estimation are introduced. Then the echo data of ScanSAR system is analyzed. Based on the algorithms of energy balancing and correlation Doppler estimator in the estimation of Doppler centroid frequency in strip mode SAR, an improved method for Doppler centroid frequency estimation in ScanSAR is proposed. The method has improved the accuracy of Doppler centroid frequency estimation in ScanSAR by zero padding between burst data. Finally, the proposed method is validated with the processing of ENVironment SATellite Advanced Synthetic Aperture Radar （ENVISAT ASAR） wide swath raw data.     

PRF-ambiguity resolving by wavelength diversity

For high-precision synthetic aperture radar (SAR) processing, the determination of the Doppler centroid is indispensable. The Doppler frequency estimated from azimuth spectra, however, suffers from the fact that the data are sampled with the pulse repetition frequency (PRF) and an ambiguity about the correct PRF band remains. A novel algorithm to resolve this ambiguity is proposed. It uses the fact that the Doppler centroid depends linearly on the transmitted radar frequency for a given antenna squint angle. This dependence is not subject to PRF ambiguities. It can be measured by Fourier-transforming the SAR data in the range direction and estimating the Doppler centroid at each range frequency. The achievable accuracy is derived theoretically and verified with Seasat data of different scene content. The algorithm works best with low contrast scenes, where the conventional look correlation technique fails. It needs no iterative processing of the SAR data and causes only low computational load     

太赫兹视频SAR多普勒中心估计方法

受外界因素影响,机载合成孔径雷达(SAR)的飞行航迹与理想状态相比往往存在偏差,同时平台导航系统精确度有限,故需要从回波数据中精确估计多普勒中心频率,从而进行距离走动校正。多普勒中心估计误差决定了距离走动的校正精确度,从而决定了合成孔径成像方位压缩效果,是影响SAR成像质量的关键。在机载太赫兹成像雷达系统中,对运动补偿精确度的要求达到了亚毫米级,从而对多普勒中心估计误差提出了更高的要求。传统的多普勒中心估计方法在正侧视或小斜视模式下具有良好的效果,但在具有一定斜视角的模式下往往偏差较大。为了在多模式下有效完成太赫兹视频SAR距离走动校正,本文基于实测数据结果,从传统的包络估计方法出发,探究了一种改进包络估计的多普勒中心估计方法。通过比较,本文所提出的改进包络估计方法在对太赫兹视频SAR正侧视模式回波数据的多普勒中心估计上与另外两种传统方法都具有很高精确度,但在本文所提方法扫描模式下对97%的图像都作出了较为精确的估计,精确度与鲁棒性明显高于另外两种传统方法。结果说明了本文所提出的多普勒中心估计方法具有更好的鲁棒性、更高的效率。这一工作有助于高频段SAR多模式下的成像研究。     

INSTANTANEOUS DOPPLER FREQUENCY FOR SQUINT SAR IMAGING

Instantaneous Doppler frequency for squint SAR imaging has been found with Chirp Scaling Algorithm (CSA). Because the azimuth sample is not perpendicular to the range sample,the range signal must impact on the azimuth signal in the squint SAR data processing, and the different slant range targets have different Doppler frequencies. From the mathematical model of SAR echo signal, this paper carefully analyzes the instantaneous azimuth frequency, the instantaneous Doppler frequency component of the azimuth frequency and the impact of range chirp on azimuth frequency, which explains that Doppler frequency should be properly selected for correct SAR imaging in the squint SAR. The results of point target simulation experiments show that the way is reasonable for the squint SAR and can effectively complete range compression and azimuth focusing, and improve images‘ quality.     

Airborne SAR processing of highly squinted data using a chirpscaling approach with integrated motion compensation

Proposes a new approach for high-resolution airborne SAR data processing, which uses a modified chirp scaling algorithm to accommodate the correction of motion errors, as well as the variations of the Doppler centroid in range and azimuth. By introducing a cubic phase term in the chirp scaling phase, data acquired with a squint angle up to 30° can be processed with no degradation of the impulse response function. The proposed approach is computationally very efficient, since it accommodates the variations of Doppler centroid without using block processing. Furthermore, a motion error extraction algorithm can be incorporated into the proposed approach by means of subaperture processing in azimuth. The new approach, denoted as extended chirp scaling, is considered to be a generalized algorithm suitable for the high-resolution processing of most airborne SAR systems     

基于二维查找表结构的SAR原始数据自适应频域压缩算法

该文针对实际SAR多普勒中心偏移及多普勒谱分裂问题,提出基于一维查找表的自适应多普勒非均匀压缩比分配方法,该方法结合一维量化编码查找表构成二维查找表结构的SAR原始数据自适应频域压缩算法。该文推导了SAR距离向回波频谱解析式,给出距离向非均匀压缩比分配通用方案。实际数据处理结果表明,该方法比传统频域类压缩算法具有更好的信噪比及鲁棒性。理论分析结果表明,其运算量提高很小,易于工程实现。     

多普勒效应对FMCW-SAR系统成像性能的影响分析

该文结合机载连续波合成孔径雷达(FMCW-SAR)系统的成像原理,讨论了FMCW-SAR成像系统与脉冲SAR成像系统的不同,分析了载机运动所带来的多普勒效应对FMCW-SAR成像系统性能的影响,指出多普勒效应会带来距离向与方位向信号的二次耦合,进而会影响图像在距离向和方位向的聚焦。然后,根据FMCW-SAR的回波特性给出了一种在回波信号方位向多普勒域对误差进行补偿的方法,并结合RD算法给出了整个成像系统的流程。最后给出了补偿前后算法仿真和验证的结果,可以看出对多普勒效应进行补偿之后能够消除距离向与方位向信号二次耦合带来的误差,提高成像质量。     

斜视SAR成像处理中多普勒频率的新应用

多普勒频率在斜视SAR成像处理中的新应用被发现.由于斜视SAR方位向采样不同、脉冲重复频率不同,而且不同的斜距目标具有不同的多普勒频率,该文从雷达信号的回波模型入手,详细分析了回波信号的瞬时方位频率和瞬时多普勒频率及距离Chirp斜率对方位频率的影响,说明在CS算法中,选择适当的多普勒频率才能进行正确的成像,点目标仿真结果表明,该方法是合理的,能有效的进行距离压缩和方位聚焦,改善成像质量.     

基于瞬时多普勒频率的匀速移变双基SAR的二维频谱及其成像算法的应用

该文提出一种新的方法求解匀速移变双基SAR的2维频谱表达式。通过使用瞬时多普勒频率,引入两个独立的方位频率,并由此推导出精确的严格解析谱。然后,利用匀速移变双基SAR的成像几何模型,求出这两个方位频率的表达式,从而得到最终的2维频谱。作为该频谱对于成像算法的一个应用,该文提出适用于平行等速双基SAR数据的距离多普勒算法。仿真数据的处理结果不仅证明了所得到的2维频谱的精确性,也证明了该文的距离多普勒算法的有效性。     

基于方位Deramp处理的宽覆盖DBS全孔径成像方法

为了获得大幅宽多普勒波束锐化(DBS)图像,现有的DBS成像算法往往需要进行复杂图像拼接.此外,现有成像方法为了保证DBS图像的锐化比恒定,除了要实时调整波束扫描速度外,还需要实时调整脉冲重复频率或积累脉冲个数,使得系统复杂度显著增加.文中在深入研究DBS成像机理的基础上,提出了一种基于方位Deramp处理的宽覆盖DBS全孔径成像方法.该方法利用方位Deramp消除了全场景回波的多普勒频谱混叠,无需进行图像拼接,通过一次全孔径FFT就能获得宽覆盖DBS图像.同时,只需实时调整波束指向,该方法就能实现恒定锐化比成像.实测数据处理结果证明文中方法的有效性.     

检测SAR图像中径向慢速动目标

该文提出了一种从SAR图像中检测径向匀速动目标的方法,将SAR图像信号在频域分为正频部分和负频部分,静止背景的正负频分布对称,而径向动目标的多普勒质心与静止背景相比有一频移,信号在正负频域能量分布不对称。将分开的正负频域信号分别回到时域成像,计算这两幅复图像对应位置的模差绝对值,可对消静止背景,突显出径向动目标。仿真数据表明本算法有效。     

基于坐标变换的合成孔径雷达高精度成像算法

针对当前合成孔径雷达成像算法处理低频大斜视角数据存在的散焦和运算量大问题, 提出了一种新的高精度大斜视合成孔径雷达成像算法.算法首先把数据录取坐标系数据变换到零多普勒坐标系数据, 然后在零多普勒坐标系中采用距离时域非均匀傅里叶变换去除距离、方位的耦合, 进而得到聚焦良好的合成孔径雷达图像.算法运算量与距离多普勒算法在一个量级, 具有较高的成像效率.仿真结果表明算法在低频大斜视角下能很好地聚焦, 从而验证了算法的正确性.     

ISAR成像的相参多普勒质心跟踪相位补偿方法

目标强散射中心的转动相位分量对传统多普勒质心跟踪（DCT）相位补偿方法性能具有较大的影响。本文通过分析得出STRETCH处理得到的目标回波初相不具备相参性,而中频直接采样回波信号脉间具备相参的特点,并提出相参多普勒质心跟踪相位补偿（CDCT）方法。该方法在DCT方法的基础上,利用中频直接采样得到的目标回波的脉间相参性提高平动相位分量估计的精度,从而提高相位补偿效果,改善ISAR成像的质量。相对于MDCT法,本文能够达到更好的相位补偿效果。实测数据验证了本文方法的有效性。      

地球同步轨道SAR方位模糊度研究

与低轨合成孔径雷达(SAR)相比较,地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有重访周期短,观测范围广等优点,在军用及民用领域具有广泛应用。针对地球同步轨道合成孔径雷达多普勒中心频率时变及类滑动聚束工作模式造成常规方位模糊度计算不精确的问题,提出了一种新的方位模糊度计算方法。该方法基于精确的星地几何模型,考虑了地球自转、速度时变、多普勒中心频率时变以及类滑动聚束工作过程中天线指向变化对方位模糊度影响,通过对不模糊区域天线方位角及模糊区域天线方位角的精确求解得到了对应的天线增益值,进而得到方位模糊度的精确值。基于空间坐标系转换及矢量表示法推导了GEOSAR 方位模糊度的表达式。最后结合地球同步轨道SAR轨道参数进行了仿真,验证了该方法的有效性。