平台运动测量误差对阵列天线合成孔径雷达三维成像影响分析

阵列天线合成孔径雷达(SAR)可实现3维成像。为了提高成像质量,使用测量设备获取平台的运动信息以进行运动补偿,而测量误差会影响补偿及成像质量,需对其进行分析。该文首先建立了阵列天线SAR 3维成像模型和测量误差分析模型,接着分别从位置和姿态角两个方面分析了测量误差对相位误差的影响,并比较不同方向误差影响的大小,然后通过仿真分析了误差对成像指标的影响,并引入姿态误差基线比来量化姿态角误差的影响。最后得出高程向和横滚角测量误差影响最大的结论,给出了限定要求下测量误差的容忍值。该文的结论为测量设备的选取和设计以及成像和补偿方法的选择和分析提供了理论指导和参考。     

结合MD自聚焦算法与回波模拟算子的快速稀疏微波成像误差补偿算法

稀疏微波成像是将稀疏信号处理理论引入微波成像中,利用系统的稀疏约束突破传统合成孔径雷达(SAR)成像中系统复杂度的瓶颈,是微波成像的新理论、新体制和新方法。在传统的机载SAR成像中都会面临非理想运动带来的回波相位误差问题,可通过基于回波数据的自聚焦算法加以解决;但在机载稀疏微波成像中,因稀疏微波成像采用稀疏重建算法取代了传统SAR中基于匹配滤波的信号处理方法,传统的基于回波数据的自聚焦算法难以直接应用。现有基于稀疏重建的自聚焦算法主要基于两步迭代方法,收敛速度慢、运算量大。该文以基于回波模拟算子的快速稀疏微波成像算法为基础,将子孔径相关(MD)自聚焦算法引入,与之结合构建了新的MD-回波模拟算子自聚焦算法。该方法继承了基于回波模拟算子算法快速重建的优势,并利用MD自聚焦算法实现了回波2次相位误差的正确补偿,与现有基于两步迭代的稀疏微波成像自聚焦算法相比,收敛速度快,并可以实现较好的自聚焦效果。      

新体制SAR三维成像技术研究进展

常规SAR成像,平台沿直线飞行,形成直线型合成孔径,仅能获取2维图像,即3维空间中的观测场景在斜距-方位平面的2维投影,图像具有叠掩、透视缩短、阴影等畸变现象。SAR 3维成像突破了斜距-方位2维频率信息获取,能够获取第3维频率信息,实现3维分辨,可获得观测场景的散射中心在3维空间中的分布,从而解决叠掩问题,消除透视缩短、顶底倒置等几何形变现象,更直观地描述客观场景,已成为国际研究热点。该文介绍SAR 3维成像的概念和主要观测模式,分析该领域国内外研究现状和进展,重点阐述作者所在研究团队的SAR 3维成像研究进展,最后对SAR 3维成像技术进行总结和展望。      

基于回波的多子带SAR系统载频误差补偿方法研究

为了提高SAR系统的分辨率,在距离向可以通过发射一系列不同载频的窄带信号,通过信号处理的方法实现带宽合成,进而得到等效大带宽信号对应的分辨率。为有效实现带宽合成,要求不同子带回波的载频步进值严格已知,这在某些实际应用环境中,并不能总是满足,因而需要从回波数据中直接估计步进值。该文提出一种基于子带回波数据的载频误差估计与补偿方法。该方法基于压缩后子带回波数据多普勒相位与载频的关系,对子带图像进行干涉处理,提取差分相位,并利用差分相位沿方位向的冗余进行相干积累,获得以实际载频步进值为振荡频率的单频信号,进而通过频谱分析方法得到误差频率,并对子带间相位误差进行补偿。通过该方法,能够实现子带信号的相干合成,提升了SAR数据成像质量。实验数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

基于ω-k算法的宽测绘带星载SAR成像处理

本文提出了一种适用于宽测绘带星载SAR成像处理的改进ω-k算法.在用经典ω-k算法来处理星载SAR数据时,离参考距离越远图像形变和方位聚焦质量下降就越严重,这严重地限制了测绘带宽度.本文在ω-k算法的基础上提出了用等效视角补偿和等效速度补偿来校正图像形变和提高方位聚焦质量的改进算法.实验表明这种算法能够高效地对宽测绘带星载SAR数据进行精确成像处理.     

基于RIPless 理论的稀疏微波成像波形分析方法

稀疏微波成像回波数据可以建模为Toeplitz 矩阵与地面场景的乘积,Toeplitz 矩阵中的行向量为发射信号的时延。由于难于验证Toeplitz 矩阵是否符合经典的稀疏信号处理中RIP 等重建条件,因而分析稀疏微波成像采样数与发射波形的关系十分困难。近年提出的RIPless 理论表明如果矩阵的行向量是对一个概率分布的随机抽取,并且该概率分布满足一定的条件,那么可以从少量的采样数据中恢复稀疏信号。Toeplitz 矩阵适用于RIPless 理论。该文首先介绍稀疏微波成像中观测矩阵的构造,然后利用稀疏信号处理中的RIPless 理论分析波形中信号脉宽、带宽和信号形式与稀疏微波成像采样数的关系,进而比较不同波形对稀疏微波成像中的性能,最后通过仿真验证了该方法的有效性。      

机载下视三维成像合成孔径雷达空间分辨特性

介绍了基于阵列天线的机载下视三维成像合成孔径雷达(3D-SAR)实现三维分辨成像的基本原理,建立了机载下视3D-SAR的原始回波信号模型,得到了回波信号分别在方位向、跨航向和高程向上的波数域支持带,推导了机载下视3D-SAR的空间三维分辨率的解析表达式.结合计算机仿真,分析了机载下视3D-SAR的空间三维分辨特性,并重点分析了影响跨航向分辨率和高程向分辨率的系统参数,得出了机载下视3D-SAR在跨航向和高程向上的分辨率都具有空变特性的结论.本文的研究对系统参数设计和系统性能指标分析有一定的指导意义.     

海面运动舰船目标的高分辨率SAR成像

基于高分辨率机载SAR,研究了合成孔径成像时间较长情况下海面运动舰船目标的SAR成像问题。根据船体上不同距离单元散射点多普勒历程可能不同的特点,采用粗校正和精校正相结合的方法在距离频率-方位时间域进行二阶和高阶相位补偿,完成运动舰船目标的距离徙动校正。提出了STFT和CDA处理相结合的时频分析成像方法,以获得较高的图像分辨率。实际数据的处理结果表明了该方法的有效性。     

一种基于距离变换和遗传算法的遥感图像区配算法

该文提出了一种基于距离变换和遗传算法的遥感图像匹配算法。先对参考图像和目标图像进行直方图处理,以克服不同光照条件下带来的匹配误差,在此基础上对参考图像和目标图像进行距离变换。最后利用遗传算法对距离变换后的图像进行匹配操作。实验结果表明,该算法不仅能满足一定的匹配精度,而且具有较高的匹配效率。     

单台相机机载InSAR基线动态测量方法研究

该文提出一种对机载干涉合成孔径雷达(InSAR)基线的动态测量方法。通过在机载InSAR天线上布设一定数量的控制点,采用单台内方位元素精确标定的数码相机对天线进行实时监测。基于实时控制点图像所建立的共线方程和后方交会算法,解算出相机测量坐标系与控制点辅助坐标系之间的转换参数。将转换参数代入待测点坐标方程后,计算得到天线中心在测量坐标系下的实时三维坐标。在实验室进行的静态和动态模拟实验取得较好结果,验证了该文提出的InSAR基线动态测量方案的可行性。