基于FPGA的星载SAR成像信号处理技术

通过现场可编程门阵列(FPGA)设计并实现星载合成孔径雷达(SAR)成像处理,能够完成对多种模式星载SAR回波数据的高速处理。该文搭建的成像处理系统以子孔径极坐标格式算法(PFA)为核心,首先,在精确的多普勒中心频率估计基础上,采用基于尺度变换原理的距离向处理(PCS)与方位向高精度sinc插值级联的算法处理流程实现子孔径数据域重采样,极大地提升了处理精度与运算效率;然后,对各子孔径图像进行辐射校正消除扇贝效应,并采用加权平均算法获得了全孔径拼接图像;最后,基于Sentinel-1卫星实测数据对本系统进行了验证和分析,在系统工作频率200 MHz情况下,能够在5.92 s内实现8 192×8 192像素点的32位单精度浮点成像处理,实测数据成像结果验证了该系统的有效性,从而为实时处理奠定了技术基础。     

滑动聚束FMCW-SAR的子孔径波数域成像算法

该文分析了滑动聚束调频连续波合成孔径雷达的几何关系,建立了回波模型并推导了回波信号频谱。根据其信号特性,提出了一种子孔径波数域算法。该算法利用波数域匹配滤波和距离堆栈方法精确补偿了距离方位耦合相位,避免了插值操作,计算精度高,适用于斜视工作模式。通过子孔径相干合成实现了比条带模式更高的方位分辨率,同时利用子孔径图像的拼接得到了比聚束模式更宽的测绘区域。仿真结果及分析验证了所建信号模型的合理性和该算法的有效性。      

条带SAR重叠子孔径算法成像限制的研究

直接面向距离向脉冲压缩的条带重叠子孔径算法(Overlapped Subaperture Algorithm,OSA)成像算法无需在接收端进行去斜处理,在距离向采用脉冲压缩获得高分辨率,在方位向通过子孔径划分、二级FFT获得高分辨率。该算法在方位向第一级处理时需在子孔径内忽略波前弯曲效应、完成低分辨率成像,距离向脉冲压缩之前需要将距离方位的耦合误差限定在一定范围内并进行补偿,因此引入了算法的使用前提条件。对适用于距离向脉冲压缩条带OSA算法的成像限制进行了研究,简单介绍了成像算法的回波模型与算法流程并引入了算法使用限制条件,对使用限制条件进行了详细的数学推导,明确了算法适用范围,总结了影响方位向与距离向成像尺寸、子孔径划分的主要因素。通过条带SAR重叠子孔径算法成像限制的研究对雷达系统参数选取、技术指标制定和成像处理参数选取等有指导意义。     

星载斜视滑动聚束SAR子孔径成像处理算法研究

斜视滑动聚束大幅提升了星载SAR单航过多角度观测能力和观测灵活性,但随着斜视角和扫描角度增加,斜视附加带宽和非线性变化的瞬时多普勒中心给多普勒解混叠带来困难。针对上述问题,本文提出了一种基于子孔径处理的星载斜视滑动聚束成像算法。该算法首先改进了传统子孔径划分方法,通过两维频谱拼接和多普勒滤波,解决了子孔径数据仍存在的多普勒混叠,然后利用基于四阶斜距模型的CS算法完成聚焦成像。最后,通过计算机仿真验证了方法的有效性。      

变波门大斜视滑动聚束SAR成像关键技术分析

大斜视高分辨率SAR成像中,改变开启波门的操作可以在保证距离测绘带宽度的情况下减小录取回波的数据率,滑动聚束的扫描模式可以在保证高分辨率的情况下扩大方位场景范围。但是变波门后只能获得交错的距离徙动曲线,而滑动聚束的扫描方式容易引起方位模糊。该文研究了变波门大斜视滑动聚束模式下SAR成像的关键技术,提出分子孔径升采样的解模糊算法以及基于空域波束分割的二级极坐标格式算法(PFA),将对波门变化的补偿融入运动补偿处理的过程中,通过先波束分割后子图像拼接的方法突破了PFA平面波前的近似对成像场景尺寸的限制,显著扩大了传统PFA的有效成像场景范围,使其适用于大斜视滑动聚束模式下的大场景成像。实测数据处理表明了算法对大场景变波门数据的有效性。     

基于不变矩的微动目标二维平流层ISAR成像算法

为了解决在平流层环境下,ISAR 成像过程中存在微动成分时对成像的干扰问题,提出了一种基于不变矩的微动目标二维平流层ISAR成像算法。该算法首先利用不变矩工具对不同子孔径的回波分量进行分类,然后将影响成像质量的数据进行分离,最后利用分离后的数据进行子孔径拼接成像。该方法处理过程简单,实时性强,并能明显改善成像效果。     

机载合成孔径雷达大斜视高分辨率重叠子孔径成像算法研究

该文提出了一种结合图像二维几何失真校正和空变相位误差补偿的大斜视、高分辨率机载合成孔径雷达重叠子孔径成像处理方法。其运动补偿过程不需要实时调整雷达参数,易于工程实现。整个成像处理过程融合了基于频谱分析的分步变换技术,以线性距离多普勒算法生成子孔径图像为前提,根据转台成像的基本原理,通过固定参考系下地理坐标的变换和定位,实现了不同子孔径图像之间散射点的距离和多普勒对准,并有效地补偿了空变剩余相位误差。点目标仿真和实测数据成像结果证明了该处理方法的有效性。     

基于子孔径Keystone变换的曲线轨迹大斜视SAR回波模拟

大机动条件下的曲线轨迹大斜视SAR系统传递函数具有复杂的多维空变性,现有的高效频域回波模拟算法均难以实现扩展场景的高精度回波模拟。为此,该文提出一种基于子孔径Keystone变换的机动SAR回波模拟方法。该方法根据距离徙动校正后的距离压缩函数对场景的距离压缩回波进行快速模拟,然后通过高精度的距离向逆处理实现扩展场景的回波模拟。为减少残余距离徙动对回波模拟精度的影响,距离向处理过程中采用子孔径Keystone变换的方法实现空变距离徙动的精确校正。理论分析和仿真结果表明,所提方法能够快速高精度地模拟扩展场景的机动平台大斜视SAR原始回波数据。     

一种基于子孔径处理的双侧TOPSAR成像信号处理算法

TOPS-SAR通过波束快速扫描可以极大地提高SAR的测绘效率,然而传统TOPS-SAR模式波束只在雷达一侧扫描,为了进一步提高SAR的测绘效率,本文提出了一种改进的TOPS模式,即双侧TOPS-SAR模式。在该模式下,雷达左右两侧分时快速扫描,可以克服传统扫描模式只能一侧成像的缺陷。针对该新模式,提出了一种基于子孔径的成像处理方法,该方法通过子孔径成像并进行图像拼接,实现天线波束扫描与成像同时进行。仿真和实测数据处理结果验证了该算法的有效性。      

子孔径NCS算法中虚假目标产生的机理与消除方法研究

子孔径结构的引入是实现Ultra Wide Band SAR(UWB SAR)实时信号处理的关键。将子孔径结构与Nonlinear Chirp Scaling(NCS)算法相结合的子孔径NCS算法可以较好的实现UWB SAR实时信号处理,但子孔径结构的引入使得成像结果中存在虚假目标的影响。针对子孔径NCS算法中存在虚假目标的现象,该文从理论上分析了虚假目标产生的机理,并提出了对距离弯曲校正前的子孔径回波两端补零的改进子孔径NCS算法消除虚假目标,最后通过仿真和实测的UWB SAR回波数据验证了该文理论分析以及所提方法的正确性。