基于CSAR图像的目标高度提取方法

圆周合成孔径雷达（Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR）可以对目标进行360°全方位观测,获得目标全方位散射信息。通过将CSAR成像数据划分成多个子孔径能够直接获取目标高度信息,本文在原有获取目标高度信息的方法基础上,进行了改进和创新,提出了一种新的提取目标高度信息的方法。本文通过对子孔径图像进行高度向投影,在一定程度上提高了计算精度,同时在子孔径选择时,也考虑了子孔径之间的相关性,有效地提高了算法的精确性。最后首次引入自主测量的L波段实测数据对本文所提算法进行验证,证实了该方法的有效性和准确性。     

飞行器RCS近场三维成像的几何设计与性能分析

飞行器隐身设计是先进飞行器总体设计的关键环节，随着更为复杂的结构以及新兴复合材料应用于飞行器制造，基于缩比模型的电磁散射特征分析变得不再精确，在室内或者室外较小区域内开展对全尺寸飞行器电磁散射特征的近场成像与诊断已经成为高效率评估隐身特性的重要方式，受到国内外的广泛关注。本文介绍了两种典型的飞行器近场成像几何，基于球面波分解理论分别建立了信号模型，推导了频域成像处理算法，对比分析了两类不同成像几何对应的成像处理流程，提出子孔径成像处理是分析飞行器电磁散射特征的基本策略；归纳了平面阵列三维成像与柱面阵列三维成像在成像处理复杂度、点散布函数、应用特点等方面的区别与联系。文中通过仿真数据的三维成像验证了所提信号模型与处理算法的正确性。     

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.     

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。      

结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理

低频机载UWB SAR实现高分辨成像需要大积累角和长孔径,实时成像面临大数据量和大运算量的挑战;此外,较长的孔径时间内载机运动比较复杂,增加了实时运动补偿的难度。本文讨论了机载UWB SAR实时成像的子孔径NCS算法,分析了其降低数据量和提高成像精度的改进措施;然后讨论了基于运动测量数据的实时运动补偿方案,利用实时PRI调整补偿前向运动误差,并在实时成像流程中嵌入视线运动误差补偿环节。在上述分析的基础上,提出了结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理流程。最后,给出了实际飞行实验中机载UWB SAR的实时处理结果,证明本文所提流程可以满足机载UWB SAR处理实时性以及处理精度的要求。      

弹载侧视合成孔径雷达信号分析及成像研究

本文探讨了装载在导弹上的侧视合成孔径雷达(SAR)在导弹下降飞行过程中回波信号的特性和成像处理问题.根据导弹在要求合成孔径雷达成像期间内的飞行特点,建立了SAR工作的空间几何模型和目标距离表达式,分析了目标距离的时间变化特性和工作过程中多普勒参数的变化.由于要求成像的过程中,导弹的高度在不断减小,多普勒参数变化大,不能用同一参数对整个成像过程进行处理.分析和仿真表明,通过采用子孔径处理,能够得到聚焦的子孔径图像.     

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。     

单通道UWB SAR地面运动目标变化检测

工作在VHF/UHF波段的超宽带合成孔径雷达（UWBSAR）具有叶簇穿透和高分辨成像的能力。文中提出了一种适合单通道UWBSAR的地面运动目标检测方法——基于子孔径图像变化检测的运动目标检测算法。该算法利用UWBSAR的大波束角特点,在方位向选取较大时间间隔的两个子孔径生成子孔径图像,并根据运动目标在不同子孔径图像上聚焦位置的差异检测运动目标,估计运动目标速度和位置。文中给出了该方法的原理、参数选择、实现步骤,并基于UWBSAR实测数据验证了所提方法的有效性。     

基于方位谱分析的斜视TOPS SAR子孔径成像方法

斜视TOPS SAR成像处理需要解决3大问题:方位频谱混叠,距离和方位耦合严重,方位输出时域混叠。针对上述问题,该文提出一种基于谱分析的子孔径成像处理方法。首先对子孔径数据在时域适当进行扩展并获取无模糊的2维频谱,然后采用修正的距离徙动算法进行距离徙动校正和距离脉冲压缩,最后在方位频域对子孔径信号进行拼接处理,获得全孔径信号无模糊的方位频谱并结合谱分析技术将信号聚焦在方位频域。仿真结果验证了该算法的有效性。     

基于改进PFA的车载大斜视SAR成像算法

为了应对车载毫米波雷达大斜视成像困难的问题,本文提出一种改进的极坐标格式算法（Polar Format Algorithm, PFA）对条带车载毫米波雷达斜视回波进行基于子孔径拼接的成像。该算法从条带数据与聚束数据的特点出发,将全孔径回波划分为子孔径,利用PFA处理子孔径数据。由于PFA存在波前弯曲误差,子图像不能直接拼接,因此对每一幅子图像进行几何失真校正。同时,以重叠子孔径的划分方式保证成像结果的高分辨率。最后截取子图像进行拼接得到条带SAR成像结果。所提方法解决了车载毫米波雷达大斜视情况下两维耦合严重的问题。通过对点目标和实测数据的仿真与分析验证了所提方法的有效性。     

加速后向投影圆迹SAR成像方法

凭借多视角观测和高分辨成像的能力,圆迹合成孔径雷达（CSAR）受到了越来越多的关注。然而,特殊的运动轨迹和强烈的二维耦合给成像算法提出了挑战。以兼顾图像质量和运算效率为目标,本文提出了一种适用于CSAR成像的加速后向投影（EBP）算法。EBP算法将整个合成孔径划分为若干子孔径,使用全局极坐标系重建每幅子图像。根据角域波数域和方位时域的对应关系,EBP算法通过波数谱搬移实现波数谱融合,再经由二维逆傅里叶变换实现图像聚焦。EBP算法继承了后向投影（BP）算法的精确性和运动补偿优势,避免了插值操作引起的图像质量损失。最后,通过仿真实验验证该方法的有效性。      

Depth-focused interior echo imaging

This paper is concerned with an echo imaging system which utilizes focused beams of an aperture along a specific contour, for example, a line or a circular arc, in both the transmit and receive modes for data collection. Such data collection strategies are useful for imaging internal structures of a target which are located at a certain depth relative to the aperture; unfocused echo signature of an interior structure possesses a low signal-to-clutter/noise power ratio, and is not desirable. The conventional methods for depth-focused echo imaging use transmit/receive focusing on a set of prescribed points in the spatial domain (that is, a two-dimensional grid); this is exceedingly time-consuming though it does not require any postprocessing of the measured data. The proposed scheme of depth-focusing along a contour requires a significantly smaller time period for data acquisition, and relies on a relatively fast Fourier-based method for image formation. This Fourier-based method is shown to be applicable in near-field as well as far-field imaging scenarios, and does not put any restrictions on the size of the aperture, the size of the target area, and the frequency of radiation. The approach is applicable in depth-focused imaging with a mechanically rotating focused aperture, or a phased array. Results are provided.     

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。      

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。     

一种基于幅度和相位迭代重建的四维合成孔径雷达成像方法

4维合成孔径雷达获取的观测数据在基线-时间平面非均匀分布。若采用传统成像方法来获取目标散射体的高度-速率维像,则因强副瓣存在,成像效果不理想。当信号具有稀疏性时,压缩感知技术能够利用少量的信号投影值就可实现信号的准确或近似重构。然而标准的压缩感知成像方法是针对实数据进行处理,4维合成孔径雷达成像处理的数据为复数据。因此该文提出了一种基于幅度和相位迭代重建的4维合成孔径雷达成像方法。将4维合成孔径雷达高度-速率成像问题转化为目标复散射系数的幅度和相位联合重建问题,通过在成像过程中引入相位信息来改善成像质量。仿真结果验证了该算法的有效性。      

基于时间-调频率分布的多目标ISAR成像

由于不同目标相对雷达的平动不同,单目标运动补偿方法不能同时完成各个目标的平动补偿,因而无法获得清晰的多目标ISAR像。文中提出了一种对同一雷达波束内距离不能分辨的多个运动目标进行ISAR成像的方法,根据不同目标的平动多普勒近似线性变化且变化历程不同的特点,采用CLEAN技术,基于回波信号的时间-调频率分布得到各个目标对应的调频率,分离不同目标的信号分量,从而将对多目标成像转变成了对多个单目标成像,利用单目标运动补偿和成像方法获得各个目标的ISAR像。仿真结果验证了该方法的有效性。     

频谱外推技术在毫米波CSAR 成像中的应用

近年来圆轨迹合成孔径成像(CSAR)成为SAR 成像领域的一个研究热点,同时超分辨频谱外推技术能够有效改善SAR 图像的聚焦质量。针对频谱外推技术在近场毫米波CSAR柱面成像中的应用进行了研究,将频谱外推算法与传统的波数域算法相结合,旨在提升SAR 图像的聚焦效果;仿真点目标结果表明基于频谱外推技术的改进算法可以明显改善点目标的分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比指标;在室内基于矢量网络分析仪与高精度转台搭建了近场测量系统获得实测回波数据,通过雷尼熵评价指标衡量成像结果,结果表明基于频谱外推技术的改进算法成像结果优于传统成像算法的结果。     

虚拟孔径天线配置及其成像性能研究

合成孔径雷达可以获取2维高分辨雷达图像,但只能工作在侧视模式,不能进行前视成像,也不能对静止和运动目标同时聚焦。针对上述雷达成像中的新问题,基于多发射多接收原理的虚拟孔径是一条有效的解决途径。该文研究了虚拟孔径成像中的天线配置及成像方法,比较了不同天线配置下的直线虚拟孔径成像性能。从理论上证明了两个发射单元分别置于接收线阵两端是一种有效的直线虚拟孔径天线配置方案,推导了这种天线配置下的成像分辨率解析表达式,并通过实测数据进行了验证。     

毫米波安检成像雷达设计

针对实际应用的安检技术的局限性,本文介绍一种基于FMCW的体制的安检成像雷达设计。雷达采用合成孔径成像算法对待检人员身上的隐匿目标进行探测,使用二维、三维仿真目标和Radarsat—I雷达数据对雷达系统和成像算法进行检验,计算结果证明了系统设计和成像方法的有效性。