切趾滤波旁瓣抑制技术在合成孔径雷达中的应用

线性调频SAR回波信号经过二维匹配滤波,所得到二维像具有较高的旁瓣电平,虽然通过幅度加权处理可以降低旁瓣电平,但是主瓣的分辨率会降低。该文针对这一问题,探讨了应用切趾滤波技术来抑制线性调频SAR图像的旁瓣电平的优点,并给出了具体的实现步骤。理论分析和仿真表明,在获得相同的峰值旁瓣电平下,与幅度加权旁瓣技术相比,切趾滤波技术可以保持原SAR图像的分辨率。最后,多目标SAR图像的仿真结果验证了切趾滤波技术的优越性。     

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.     

基于频域信息融合和稀疏贝叶斯学习的高分辨ISAR成像

为了在ISAR成像中更好地压制噪声,消除条纹干扰,提高成像分辨率,本文提出一种基于双向插值处理和频域信息融合的稀疏贝叶斯学习算法,称之为BI?FF SBL算法。该方法首先对回波信号分别进行径向和横向插值预处理,将预处理得到的两份数据通过LA?VB算法进行ISAR成像;然后将得到的两幅ISAR图像通过二维傅里叶变换进入频域,并将两个二维频谱进行信息融合处理,以消除噪声和条纹干扰的相关信息并保留目标结构信息;最后对融合处理后的频谱进行二维傅里叶逆变换,得到最终的ISAR图像。为了验证BI?FF SBL算法的ISAR成像效果,本文进行了基于仿真数据和实测数据的成像实验,并将实验结果与R?D算法、L1?BP算法、LA?VB算法进行对比,发现BI?FF SBL算法在压制噪声和去除条纹干扰方面具有明显的优势,且能提供分辨率更高的ISAR图像。当实验数据信噪比降到0 dB时,BI?FF SBL算法依然能够提供清晰的ISAR图像,明显优于其他三种算法。测试超分辨重构误差的实验结果表明,相比于L1?BP算法和LA?VB算法,BI?FF SBL算法的重构误差更低,在实验数据信噪比为0 dB时,重构信噪比可以达到13.55 dB。     

基于矩阵的Sagnac干涉仪光谱复原理论研究

传统的干涉光谱仪光谱复原算法是利用傅里叶变换复原光谱,该方法为了消除有限光程差造成的旁瓣对光谱复原精度的影响,进行了干涉图切趾处理,但这会降低复原光谱的光谱分辨率.为了保证光谱分辨率和提高光谱复原精度,文章提出一种光谱复原方法——基于仪器特征矩阵的Sagnac干涉光谱仪光谱复原方法.该方法旨在通过实验室定标及理论推导为每个Sagnac干涉光谱仪系统构建一个仪器特征矩阵,对仪器特征矩阵利用最小二乘法复原光谱.利用多种物质的光谱进行仿真实验,测试两种光谱复原方法的光谱复原精度,结果显示仪器矩阵方法的复原误差稳定在1％～3％,而傅里叶变换法的复原误差在3％～7％的范围内.因此,和傅里叶变换光谱复原方法相比,基于仪器特征矩阵的光谱复原方法的光谱复原精度更高.     

基于SVA算法和时频分析的ISAR成像

研究了时频分析在ISAR成像中的运用,论述了一维SVA算法和改进的二维SVA算法在提高图像分辨率、降低信号自身旁瓣电平方面的优势。在此基础上,提出将两者联合运用到机动目标的逆合成孔径雷达成像中,改善了传统的距离-多普勒算法对机动目标成像的模糊现象。实验结果证明了此方法的正确性和有效性。     

SAR图像二维旁瓣自适应抑制技术

在分析SAR图像二维旁瓣特性的基础上,提出了二维可分离自适应旁瓣抑制(ASR)方法,其原理是沿着旁瓣出现的方向进行抑制.该方法能够有效抑制超宽带SAR图像中的非正交旁瓣和斜视SAR图像中的旋转旁瓣.本文所提的二维可分离ASR的旁瓣抑制性能略优于传统的二维联合ASR的性能,且算法效率更高.仿真和实际数据处理结果验证了本文的结论.     

基于压缩感知的二维联合超分辨ISAR成像算法

在ISAR成像中,距离和方位分辨率分别受发射信号带宽和成像积累角的限制。基于压缩感知(CS)理论,该文提出了一种2维联合超分辨ISAR成像算法。首先建立ISAR观测信号模型并构造2维超分辨字典,然后利用ISAR图像的稀疏先验信息将2维联合超分辨成像建模为最小l1范数的优化问题,最后提出一种快速算法求解该优化问题。该方法进行距离维和方位维的联合处理,有效利用了回波数据的2维耦合信息;通过共轭梯度(CG)运算,快速傅里叶变换(FFT),Hadamard乘积等操作,有效提高了算法的实现效率。仿真和实测实验验证了该算法的有效性。     

迭代傅里叶算法用于六边形稀疏阵列天线

针对迭代傅里叶技术在优化稀疏阵列天线时对阵元激励大规模截断带来的不利影响,提出了一种逐步截断的迭代傅里叶算法.该算法从满阵依次减少数个阵元,从而避免阵列大规模截断陷入局部最优解.将其应用到六边形平面天线阵列的稀疏布阵优化中,以改善最大副瓣电平为目的.为了计算六边形天线阵的方向图,通过在口径中添加虚拟阵元转化为可以实现二维傅里叶变换的矩形阵列.仿真结果表明,改进的迭代傅里叶算法对稀疏天线阵最大旁瓣电平的优化比采用遗传算法的结果更理想,且具有计算量小和速度快等优点.     

基于迭代FFT算法的平面阵列交错稀疏布阵方法

交错稀疏阵列天线的设计需要实现“稀疏布阵”和“子阵交错机制”两个关键技术的有机“协同”.提出一种基于改进迭代快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)算法的均匀面阵交错稀疏布阵机制.鉴于均匀矩形平面阵列天线激励与方向图存在二维傅里叶变换的关系, 该方法通过对均匀面阵方向图采样的频谱能量分析, 采用交错选取子阵激励的方法, 实现了面阵天线方向图频谱能量的均匀分配, 获得了近似相同方向图的交错子阵设计.在此基础上, 采用迭代FFT算法对交错子阵激励进行迭代循环, 有效降低了交错子阵的峰值旁瓣电平.理论分析与实验仿真证明, 相对于基于循环差集和互补差集的稀疏交错优化方法, 该算法实现的交错稀疏阵列设计具有方向图近似程度更高, 且峰值旁瓣电平更低的优点.     

基于小波变换与稀疏傅里叶变换相结合的光场重构方法

随着计算机图形学和计算机视觉技术的发展,光场开始进入人们的视线并被迅速应用于各个领域.然而光场的获取需要大量的图像,具有数据量大,获取成本高等特点,因此学者们越来越关注如何利用少量的光场数据获取整个光场这一问题,并且做出了大量的工作.针对上述问题,本文将小波变换与稀疏傅里叶变换相结合,利用光场在角度域的稀疏性提出一种新的光场重构方法.首先,利用小波变换多分辨率分析的特点,通过小波变换将原始图像分解为多个不同频率的子图像;然后分别对每个子图像通过傅里叶切片定理恢复其频率位置,从而可以分别得到它们的二维角度谱;最后将每个子图像的二维角度谱合并,进行小波逆变换获得整个光场.本文方法利用小波变换将原图像分解为多个不同频率的子图像分别同时处理,不仅降低了算法的复杂度,大大减少了算法的运行时间,为光场的广泛应用提供了条件,而且相比于单独运用稀疏傅里叶算法重构,本方法有效地抑制了窗口效应,使重构结果更加准确.此外,本文方法将高频信息和低频信息分开重构,可以有效地改善并网恢复中小频率丢失的问题,进一步改进重构结果.最后通过仿真验证了算法的有效性.     

Enhanced resolution in Sar/ISAR imaging using iterative sidelobe apodization.

Resolution enhancement techniques in radar imaging have attracted considerable interest in recent years. In this work, we develop an iterative sidelobe apodization technique and investigate its applications to synthetic aperture radar (SAR) and inverse SAR (ISAR) image processing. A modified noninteger Nyquist spatially variant apodization (SVA) formulation is proposed, which is applicable to direct iterative image sidelobe apodization without using computationally intensive upsampling interpolation. A refined iterative sidelobe apodization procedure is then developed for image-resolution enhancement. Examples using this technique demonstrate enhanced image resolution in various applications, including airborne SAR imaging, image processing for three-dimensional interferometric ISAR imaging, and foliage-penetration ultrawideband SAR image processing.     

空间变迹法在合成孔径声呐成像处理中的应用

空间变迹法（SVA）作为一种超分辨率图像处理技术,能在抑制旁瓣的同时保持良好的主瓣分辨率。将空间变迹法引入合成孔径声呐（SAS）成像,比传统的加窗处理能获得更好的成像效果。对标准空间变迹法进行了推广,得到非标准奈奎斯特采样率下的通用算法,并应用于SAS成像处理。仿真结果表明,二维通用算法在任意奈奎斯特采样倍数时．均能在不增加主瓣宽度的同时得到良好的旁瓣抑制效果,提升了SAS成像分辨率。     

Tukey窗切趾全息图用于粒子场在焦位置测量的实验研究

提出采用能量透射率较大、频谱旁瓣峰值和旁瓣衰减斜率较小的Tukey窗对粒子场数字全息图进行切趾处理.分析了在焦位置测量和Tukey窗切趾粒子场数字全息图的原理.实验记录了附着于玻璃板表面的微小单层粒子场的数字全息图,采用Tukey窗对其切趾后进行数值再现.实验结果表明,全息图切趾后的再现像中已不存在黑白相间的干涉条纹,衬比度增强,再现粒子像更清晰,处于边缘区域的再现粒子像几乎被切趾孔径所淹没;随着窗函数切趾参量的逐渐增大,可更准确地确定单层粒子场的在焦位置,提高粒子场在焦位置的测量精度.     

幅度和相位估计的ISAR超分辨成像方法

传统距离多普勒(Range Doppler, RD)成像方法分辨率取决于发射信号的带宽和信号在方位向积累的多普勒带宽。超分辨成像可以在给定带宽条件下,获得比RD方法更优的分辨率。给出一种基于幅度和相位估计(Amplitude and Phase Estimation, APES)的逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR)超分辨成像方法,该方法根据回波数据构造自适应滤波器对目标散射点进行重建,仿真和实测ISAR数据成像结果验证了基于APES的ISAR超分辨成像算法的有效性。相比其他超分辨成像方法,该方法重建的散射点幅度更为精确,副瓣更低,图像对比度和图像信噪比增加,整体成像效果较佳。     

基于稀疏贝叶斯方法的脉间捷变频ISAR成像技术研究

传统捷变频成像方法具有高旁瓣、低分辨率的缺点。鉴于捷变频ISAR回波信号的稀疏性,该文基于原始数据的2维压缩感知方案,在贝叶斯原理框架下,用稀疏贝叶斯算法方差成分扩张压缩方法(ExCoV)实现捷变频ISAR像的重建。贝叶斯框架下的稀疏重构算法考虑了稀疏信号的先验信息以及测量过程中的加性噪声,因而能够更好地重建目标系数。作为一种新的稀疏贝叶斯算法,ExCoV不同于稀疏贝叶斯学习(SBL)算法中赋予所有的信号元素各自的方差分量参数,ExCoV方法仅仅赋予有重要意义的信号元素不同的方差分量,并拥有比SBL方法更少的参数,克服了SBL算法参数多时效性差的缺点。仿真结果表明,该方法能克服传统捷变频成像缺点,并能够实现低信噪比条件下的2维高精度成像。     

ISAR 系统相位失真的一种校正方法

(ISAR)主要应用于雷达静止不动而目标运动的场景,能够获得高分辨的二维图像。ISAR 系统比较 大的幅相失真会造成散焦等情况,从而使成像模糊,因此有必要对系统的幅相失真进行补偿以提高成像质量。文中给出某ISAR系统相位失真的一种实际校正办法。该系统带内相位原来800度左右的起伏,跟踪空间站时距离门内主副瓣比≤20 dB,经过该方法校正后带内相位达到≤5毅的水平,距离门内主副瓣比达到≤28 dB 的水平。     

基于改进SVA和压缩感知的SAL旁瓣抑制算法

针对机载合成孔径激光雷达实测数据成像中旁瓣较高的问题,提出一种新旁瓣抑制算法。压缩感知理论表明,稀疏信号恢复重构过程的同时,信号旁瓣会被压低,但合成孔径激光雷达图像不是稀疏的。针对这一问题,提出了一种基于改进SVA（Spatially Variant Apodization）和压缩感知重构SAL图像的旁瓣抑制算法。首先,利用改进SVA算法将SAL图像变稀疏,然后再利用压缩感知算法对稀疏图像进行恢复。分别对SAL仿真数据和实际高旁瓣SAL复图像进行抑制旁瓣处理。仿真结果表明:该算法能够在保证主瓣不被展宽的前提下有效抑制SAL旁瓣。     

Whitening of sidelobe powers by pattern switching in radar array antenna

Presented here is a concept for nearly eliminating bias errors in reflectivity and velocity estimates due to power received through antenna sidelobes of pulse Doppler radars. The antenna pattern is switched from pulse to paise among specially designed patterns, with near identical main lobes, but with sidelobes having randomly distributed phases and amplitudes. The sidelobe signal then becomes incoherent without affecting the coherency of the main lobe signal. The whitened sidelobe signal does not bias the mean velocity estimate computed by Doppler processing, and an unbiased estimate of reflectivity can be computed with the knowledge of the mean whitened power level. Pattern design criteria and a method for the design of optimum patterns are developed for a linear array. The extent of sidelobe reduction by way of whitening has been studied in detail for special case of only two patterns switched randomly using a pseudonoise sequence. Pattern switching realizes an effectively low sidelobe pattern without sacrifice of main lobe resolution. A possible extension to two-dimensional arrays is suggested.