合成孔径雷达（SAR）的最新发展

简介ＳＡＲ技术的二种最新发展，即三维成像ＳＡＲ和ＳＡＲ对动目标的检测。     

基于高分三号SAR数据的城市建筑高分辨率高维成像

传统合成孔径雷达(SAR)只能获取方位-距离二维图像,无法准确反映目标的三维散射结构信息.层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种多基线干涉测量模式,它将合成孔径原理扩展至高程向,除了可对目标进行二维成像之外,还可以准确恢复目标的高度向散射信息,真正实现三维成像.差分层析合成孔径雷达(D-TomoSAR)将合成孔径原理...     

发展中的三维成像合成孔径雷达

第１ 节简述了二维ＳＡＲ的方位和距离高分辨率的方法。第２ 节论述了用干涉仪法获得成像单元的相位差以及三维成像的基础干涉条纹图。由相位差值和其他可测知值推导出目标高度。机载ＳＡＲ通常采用双天线,因此它一次飞行即能三维成像,称为单航过法。星载ＳＡＲ采用双天线很困难,已进行过的三维成像均为单天线双航过法。第３ 节讨论了测高误差。第４ 节指出了测高中遮挡和重叠的影响。第５ 节论述了如何选择参数仪相位值不模糊以及差相位值模糊怎样解开相位重叠。第６ 节说明了机载干涉仪ＳＡＲ理论上虽能得到很好的测高精度,但气流使机身产生俯仰、横滚和偏转,因此必须设法解决气流影响问题。第７节讨论了差分干涉仪有可能对地震和火山喷发等重大灾害作出事前预报。第８节简述了发展趋势。第９ 节指出了三维成像的机理同样可在声纳上应用。     

基于多姿态角下一维距离像的雷达目标三维成像

本文根据目标散射中心在雷达视线上的几何投影关系,分析了由多姿态角下一维距离像对雷达目标进行三维成像的基本原理和散射中心关联等技术难点,提出了基于聚类分析的散射中心关联和三维成像算法.最后,本文采用GTD散射模型生成的回波数据和暗室测量数据进行成像实验,验证了该算法具有实现简单、成像效果稳定等优点.     

干涉式逆合成孔径雷达成像技术综述

干涉式逆合成孔径雷达（InISAR）成像是一种将干涉技术与逆合成孔径分辨相结合的高分辨雷达三维成像方法,能够实现对远距离运动目标全天候、全天时的三维成像,在军事和民用领域都呈现出广泛的应用前景和实用价值。其基本思想是利用位置分布不同的多个天线获取成一定视角差的多幅逆合成孔径雷达（ISAR）复图像,实现目标散射中心的二维分辨,然后通过干涉相位处理,恢复出目标散射中心的真实三维分布。本文综述了InISAR三维成像的理论框架,回顾了InISAR成像技术的发展历程,着重对图像配准、相位解缠绕、运动补偿、斜视、基线配置等关键技术难点进行了分析和评估,明确了研究中存在的问题,阐述了有待进一步研究的方向,最后对InISAR的发展现状和趋势进行了总结和展望。      

发展中的三难成像合成孔径雷达

第１节简述了二维ＳＡＲ的方位和距离高分辨率的方法。第２节论述了用干涉仪法获得成像单元的相位差以及三维成像的基础干涉条纹图。由相位差值和其他可测知值推导出目标高度。机载ＳＡＲ通常采用双天线,因此它一次飞行即能三维成像,称为单航过法。星载ＳＡＲ采用双天线很困难,已进行过的三维成像均为单天线双航过法。第３节讨论了测高误差。第４节指出了测高中遮挡和重叠的影响。第５节论述了如何造反参数仪相位值不模糊以及差相位值模糊怎样解开相位重叠。第６节说明了机械干涉仪ＳＡＲ理论上虽能得到很好的测高精度,但气流使机身产生俯仰、横滚和偏转,因此必须设法解决气流影响问题。第７节讨论了差分干涉仪有可能对地震和火山喷发等重大灾害作出事前预报。第８节简述了发展趋势。第９节指出了三维成像的机理同样可在声纳上应用。     

空间目标双基地ISAR越多普勒单元徙动校正算法

针对双基地逆合成孔径雷达(ISAR)的越多普勒单元徙动问题,以转台模型为研究对象,分别从回波信号模型和散射点相对收发双站速度变化2个角度分析了越多普勒单元徙动的产生机理,并提出了基于距离单元相位补偿的多普勒徙动校正算法.该算法首先由双基地雷达与目标的几何关系估计出其等效旋转速度,然后通过等分观测期间的目标回波获取2幅不同观测视角的ISAR图像,依据图像旋转相关最大准则估计出图像的等效旋转中心,实现一维距离像的定标,最后对每个距离单元进行相位补偿,完成越多普勒单元徙动的校正.仿真实验表明,算法能有效解决双基地ISAR越多普勒徙动问题,提高ISAR成像质量.     

基于相位线性度的ISAR非平稳目标成像时间选择新算法

该文针对非平稳旋转目标ISAR成像时间选择问题,提出基于相位线性度准则的成像时间选择新算法。首先详细分析了目标非平稳旋转时散射点的相位特性,提出适合目标成像的运动条件;然后基于目标平均距离像提取两个特显点距离单元信号,共轭相乘去除平动相位,相位解缠并曲线拟合得到转动相位,进而评价不同时间段转动相位的线性度,选择线性度大的时刻为成像时间。最后用仿真和实测数据验证了该方法的有效性。     

科学家发现质子的X线断层摄影术

以医学成像技术中的核磁共振为例，薄层物质能够在纵向空间成像。三维结构图像是由二维图像组合而成。类似的维吉尼亚Thomas Jefferson国家加速实验室的物理学家正在努力将质子中的夸克成像，在动量空间中一次一个二维图像，目标是将质子中的夸克形成三维图像。     

合成孔径雷达遥感技术及其应用

简叙合成孔径雷达（ＳＡＲ）的原理、应用和最新发展,以最常用的二维成像技术为例,首先说明横向高分辨尺寸的合成孔径的原理,再指出用大带宽信号取得纵向（距离向）高分辨尺寸。在应用方面,列出了ＳＡＲ的十类主要的民用和五大类主要的军用。文中简要叙述了９９年代星载ＳＡＲ的热潮,以及我国也将在２００３年左右发射星载ＳＡＲ上天。最后大中简述了ＳＡＲ技术的两种最新发展,三维成像和运动目标检测。     

基于多视角距离像的空间旋转目标三维重构

针对单一视角难以实现空间旋转目标三维重构的问题,提出一种利用宽带雷达多视角信息实现空间位置重构的方法。首先,对旋转目标和雷达网建模,分析得出旋转散射点微距离呈现正弦变化规律。然后,采用Viterbi-Clean 算法对回波距离像进行曲线分离,再利用广义Hough 变换提取曲线的幅值、基线和初相,实现散射点的关联。最后,根据曲线信息,利用公式求出了旋转矢量和旋转轴的方向,实现了旋转目标空间位置重构。仿真实验验证了该方法的有效性和适用性。     

基于ISAL的含旋转部件目标成像及微动特征提取

逆合成孔径激光雷达能实现对目标的高分辨2维成像,但如果目标中包含旋转部件,旋转部件回波带来的微多普勒效应会对目标的成像造成干扰。该文提出一种含旋转部件目标微多普勒特征提取及成像方法,首先利用匹配参考信号的方法对回波信号进行一定程度的非线性补偿,然后通过二值数学形态学方法提取频率-慢时间谱图中微多普勒特征曲线的信息,并利用微多普勒特征曲线的周期性进行曲线分离,实现对目标旋转部件微动参数的快速提取。在此基础上,对主体回波信号和旋转部件回波信号进行分离,完成对目标主体的2维成像。仿真实验验证了该文算法不仅能有效剔除目标旋转部件对逆合成孔径激光雷达成像的干扰,还能通过微多普勒特征的提取为目标识别提供新的途径。     

空间旋转目标窄带雷达干涉式三维成像与微动特征提取

该文根据干涉式逆合成孔径雷达(InISAR)中多天线干涉处理的思想,提出一种基于L型3天线模型的空间旋转目标3维成像与3维微动特征提取方法。将微多普勒效应理论与多天线干涉处理技术相结合,在时频面上通过Viterbi算法分离散射点并进行干涉处理获取目标在各时刻沿基线方向的2维投影坐标;根据目标微动特性,采用非迭代椭圆拟合方法重构出散射点的高度维信息,实现目标的真实3维成像,并在成像过程中提取目标的3维微动特征参数。仿真实验验证了所提方法的有效性与鲁棒性。     

Two- and three-dimensional image rotation using the FFT

Techniques for rotating two- and three-dimensional (2-D and 3-D) images using fast Fourier transforms (FFTs) are presented. The methods are applications of the multidimensional chirp algorithm. In the 2-D case, one chirp transformation is sufficient, requiring four 2-D FFTs, In the 3-D case, two successive chirp transformations are required, needing six 3-D FFTs.     

基于距离-慢时间匹配滤波和复值反投影的快速旋转目标三维成像算法

本文针对快速旋转目标的三维成像问题,首先,建立雷达目标成像的几何模型,推导了快速旋转目标的距离-慢时间域回波信号的解析表示;其次,提出了基于匹配滤波和复值反投影的三维成像算法。该算法首先构造距离-慢时间域匹配滤波器,对滤波器参数即旋转目标的半径方向取值进行搜索,综合各参数取值处的匹配滤波结果,通过设置阈值获得目标三维位置;同时,考虑目标散射点存在遮挡、散射系数变化及低信噪比的复杂情况,匹配滤波结果将存在失配导致的目标位置展宽及虚假散射点,利用复值反投影方法消除失配影响,重建准确的目标三维像;再次,对匹配滤波的成像分辨能力进行了分析,从而确定了该算法对目标的旋转轴、半径及初始相位的分辨率和匹配滤波的参数搜索步长;最后,分别对理想及复杂情况下的目标成像进行了仿真并对比分析了匹配滤波和本文算法的成像结果,仿真结果证明了本文算法的有效性。      

Three-dimensional scattering center extraction using the shootingand bouncing ray technique

We present a technique to extract the three-dimensional (3-D) scattering center model of a complex target. Using the shooting and bouncing ray technique, we first generate the 3-D inverse synthetic aperture radar (ISAR) image of the target based on a one-look ISAR algorithm. In step two, we use the image processing algorithm CLEAN to extract the 3-D position and strength of the scattering centers from the 3-D ISAR image. Various implementation issues related to computation time and memory are addressed and an efficient scheme is presented to accomplish the 3-D scattering center extraction. Several examples ranging from simple canonical structures to complex targets are presented to demonstrate the validity of the extraction scheme and the usefulness of the resulting 3-D scattering center model     

合成孔径雷达二维余弦调相转发干扰研究

该文提出一种新的SAR干扰方法:二维余弦调相转发干扰。该方法通过转发调制了余弦相位的SAR信号,使得SAR回波在距离向频域和方位向多普勒域成对扩展,实现了对SAR的多假目标干扰。理论研究表明,该干扰样式为二维相干干扰,能量利用率高,同时又具有非相干干扰的压制特点,通过优化设置干扰调制参数,可以形成紧凑的面假目标或网格状假目标串,达到掩护分布式目标的目的。仿真实验和基于实测数据的仿真验证了该方法的有效性。     

基于弹跳射线法的海面舰船目标三维散射中心快速建模方法

海面舰船目标3维散射中心的快速建模对雷达目标信号快速仿真、特征提取与分类识别等应用具有重要意义。该文结合目标-海面耦合散射的“4路径”模型、随机海面散射修正Fresnel反射系数模型,以及基于射线管积分的快速3维成像等模型与方法,提出一种舰船-海面复合的快速3维成像方法,并通过CLEAN算法建立一种3维散射中心快速建模算法。该算法由于实现了单频、单视角条件下的目标3维成像,并且采用简化的海面模型避免了大量海面面元的构建,因而大大提高了3维散射中心建模的计算效率,从而满足实际工程应用的需求。典型海面舰船目标仿真实验结果表明,与传统基于FFT的3维成像算法相比,在典型计算条件下该算法的计算效率可提高4个数量级。不同海情下,3维散射中心重建的与直接仿真计算的1维距离像历程图和2维像的对比结果,也验证了算法的计算精度。      

基于最小二乘估计的InISAR空间目标三维成像方法

InISAR系统能够在短观测时间内实现对目标的3维成像,在目标识别和分类中有广泛应用。但是ISAR成像平面不仅取决于目标相对雷达的空间位置,还和目标的运动情况有关。针对空间平稳运动目标,该文利用互相垂直的L型基线构成双通道InISAR系统,对各天线接收到的回波分别采用各自的参考距离进行聚焦处理,采用传统的距离-多普勒算法得到目标散射点2维像,通过提取各散射点的干涉相位和多普勒信息,采用最小二乘方法对目标的有效转动角速度大小和方向进行估计,进而估计出散射点的3维位置,实现目标3维成像。仿真实验验证了所提方法的有效性和鲁棒性。     

Radar imaging for targets with complex rotation based on phase history decomposition

Traditional inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging algorithms can not obtain focused images when the target undergoes complex three-dimensional (3D) rotation. An imaging algorithm to obtain two dimensional (2D) images or 3D distributions of scattering centers is proposed in this paper for targets undergoing complex rotation in a small angular extent. Firstly, the phase histories of different scattering centers are extracted by signal decomposition and they are arranged into a phase history matrix. Then, the singular value decomposition is carried out for the phase matrix to reveal the rotation characters. 3D rotations and 2D rotations are identified from the singular values and these two cases are treated separately. When target undergoes 2D rotation, the focused ISAR image can be obtained by resampling the received signals according to the first column of the right singular matrix. When target undergoes 3D rotation, the distorted 3D scattering center model can be obtained directly from the first and second columns of the left singular matrix. The distortion and ambiguity for the extracted 3D scattering center model are also analyzed theoretically. Simulations and experimental results verify the effectiveness of the algorithm.