多方位角多基线星载SAR三维成像方法研究

传统星载合成孔径雷达(Sythetic Aperture Radar, SAR)采用多基线的方式可获取目标区域的3维图像,解决了SAR 2维图像中的叠掩问题,但仍存在因遮挡导致的信息获取不足的问题。为此,该文首次提出了多方位角多基线星载SAR 3维成像方法,其不仅解决了叠掩问题,还通过融合不同方位角下获取的3维点云减少了遮挡区域,提升了星载SAR信息获取能力。文中首先建立多方位角多基线星载SAR空间观测模型,并通过推导论证斜视多基线观测和正侧视多基线观测具有相同的数学信号模型,为直接将正侧视时的3维成像方法应用于斜视时的3维处理提供理论支撑;在此基础上,给出多方位角多基线星载SAR 3维成像方法及处理流程,其包括SAR斜视3维处理和多方位角3维点云融合两个步骤;最后,通过方位角45°下的点阵目标实验验证SAR斜视3维处理方法的有效性,并利用方位角45°和–45°下的直升机目标仿真验证多方位角3维点云融合方法的有效性。      

多频段星载SAR系统设计

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)由于其特有的优点已经成为一种重要的对地观测手段,星载SAR技术也得到了快速的发展。目标的后向散射与雷达的工作频段密切相关,对于不同的目标,不同频段的观测效果也各不相同,为了提高对多种目标的分类和识别能力,采用多频段SAR系统就成为一个重要的方向。在讨论多频段星载SAR优势的基础上,对多频段星载SAR的系统设计中的工作体制选择、天线方案设计、波位设计等关键问题进行了论述并给出系统设计方法,最后进行了设计实例。     

未来星载SAR技术发展趋势

星载合成孔径雷达(SAR)以卫星等空间飞行器为运动平台,具有全天时、全天候、全球观测能力,已成为一种不可或缺的对地观测手段。当前,我国星载SAR已实现分辨率从米级到亚米级、系统体制从正侧视条带向方位扫描聚束、从单通道向多通道、极化方式从单一极化到全极化的技术跨越。随着技术的不断进步,未来星载SAR将在体制、概念、技术、模式等方面取得突破,包括高分辨率宽幅成像、多基地、轻小型化、智能化等,从而不断拓展星载SAR的观测维度,实现多维度信息获取。该文将围绕星载SAR的技术发展趋势展开论述。      

采用深度学习的多方位角SAR图像目标识别研究

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）在对地面目标进行观测时,可以在多个不同的方位角获取到目标的SAR图像,但这些图像中目标的形态各不相同。考虑到SAR图像对观测方位角极其敏感和SAR图像数据规模小这两个因素,本文设计了一个利用多方位角SAR图像进行目标识别的卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）,同一目标的3幅SAR图像被当作一幅伪彩色图像输入到网络中,充分利用了SAR图像数据的获取特点,同时用池化层替代了展平操作,降低了网络参数数量。实验结果表明,即便在小规模SAR数据集上,该卷积网络具有识别精度高的特点,对同类别不同型号的目标也具有出色的识别表现。      

超高分辨率星载SAR系统多子带信号处理技术研究

多子带信号拼接是星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）实现超高距离分辨率的重要方式,但受限于硬件系统、大气传输等非理想因素的影响,接收各子带信号在子带内会存在幅度和相位误差,子带间也存在幅度、相位和时延不一致误差。这些误差严重影响多子带合成后的信号质量以及最终的图像质量。本文基于星载多子带SAR系统模型,首先提出了一种先单子带成像,再多子带信号拼接的成像处理策略;然后在此基础上,针对子带内/子带间幅相和时延误差提出一种基于各子带强目标点数据的误差估计与补偿方法。该方法主要包括基于质量相位梯度自聚焦（Quality Phase Gradient Autofocus, QPGA）准则的强目标点数据提取、基于PGA的子带内误差估计、子带间误差估计和误差补偿与频谱合成四个步骤。理论仿真分析数据实验验证了本方法的有效性。      

方位向多波束星载SAR仿真

多波束工作模式是一种新的合成孔径雷达(SAR)工作模式,既可以满足高分辨率的需要,又可以满足宽测绘带的要求,因此具有很高的研究价值和广泛的应用前景。文中提出了多相位中心多波束SAR的回波模型,给出了仿真方法;并以三波束星载SAR为例,通过仿真实例验证了该方法的有效性。     

高分辨率宽观测带星载SAR技术研究

星载合成孔径雷达因其全天候、全天时的侦察性能,倍受军事和民事应用关注,目前高分辨率宽观测带SAR是星载合成孔径雷达研究的热点问题,在需要进行全球大范围动态监视或高重访周期观测的局部热点地区的应用中都希望能够采用高分辨率宽观测带成像。在讨论多种用于实现宽观测带SAR的系统技术的基础上,提出一种基于方位向多波束和距离向波束扫描方法的高分辨率宽观测带星载SAR系统设计方法,并结合一个设计实例,详细分析系统性能和设计时应注意的若干问题。     

一种SAR原始回波数据模拟方法

在分析星载 ＳＡＲ回波信号完整模型的基础上,提出了一种基于 ＳＡＲ图象的原始回波数据模拟简易方法,并通过对回波信号统计分析以及成像处理验证了模拟结果的正确性和可行性。     

基于递推公式的星载SAR高效正向定位算法

该文提出一种基于递推公式的星载合成孔径雷达(SAR)高效正向定位算法。该算法利用3组递推公式计算待定位像素与参考像素之间的3轴位置增量,输入参数为两者之间的高程差、斜距差和方位时间差,然后将位置增量与参考点的位置相加即可求得待定位点的定位位置。3组递推公式通过分别以斜距、方位时间和高程为变量,并对定位方程组求导获取。该算法避免了3维格网建立、系数拟合和插值操作,仿真和实测数据定位结果验证了该文方法的精确性和有效性。     

星载极化SAR原始数据模拟研究

该文提出了一种星载极化SAR分布目标原始数据模拟和仿真方法。在引入极化后向散射矩阵的基础上,介绍了分布目标后向散射系数的计算方法,详细阐述了极化原始数据产生过程。最后通过对模拟得到的极化原始数据的仿真再现图像分析,证实了对星载SAR极化原始数据模拟的正确性。     

星/机双基SAR成像技术研究

该文首先对星/机双基SAR实用化的工作模式进行了系统而全面的分析,包括成像几何、回波方程、场景宽度、多普勒带宽、分辨率等等;针对传统方法在求解双基点目标参考谱(BPTRS)时需要泰勒级数近似展开的问题,该文提出了一种新的精确BPTRS求解方法,该方法从时频一一对应关系出发,摒弃了泰勒级数近似展开的做法,推导结果不需要条件约束,最后通点目标仿真实验,验证了该文BPTRS的正确性。     

星载SAR DPCMAB技术的方位向非均匀采样研究

在星载SAR分离相位中心方位多波束(DPCMAB)系统中,发射脉冲盲区和星下点回波盲区的存在会引起方位向非均匀采样,从而在方位向冲激响应的主瓣两侧产生不期望的尖峰。该文采用Spectral-Fit法和时域重构法在不影响图像性能的基础上,消除了非均匀采样带来的影响。最后通过对两者运算量的分析,指出时域重构法优于Spectral-Fit法。     

基于ChirpScaling算法的星载SAR成像处理实现方法

本文提出一种基于ＣｈｉｒｐＳｃａｌｉｎｇ（ＣＳ）算法的星载合成孔径雷达成像处理实现方法，该算法与目前国际上通用的距离－多普勒算法相比，由于避免了插值运算，且能够精确地进行距离徒动校正，使得成像质量优于精的ＲＤ算法。     

星载SAR分布目标原始数据模拟研究

该文提出了一种星载SAR分布目标原始数据模拟的方法。以Kirchhoff近似及小平面单元理论为基础,讨论并给出了组成分布目标基本单元的小平面后向散射系数的计算方法。接着介绍了分布目标的回波模型,具体阐述了分布目标的原始数据形成方法。通过对原始数据成像处理后得到的图像进行分析,验证了此方法的有效性。     

一种实用化的星机双基地SAR空间同步方法

由于卫星和飞机在飞行速度上的较大差异,收发平台波束指向的空间同步是星机双基地SAR的一大技术难点。该文在已有文献所提出方法的基础上,考虑了卫星运行在椭圆轨道、地球是一个椭球体、飞机与卫星的飞行方向可能不平行等实际情况,建立了控制收发天线指向的数学模型并推导了相关公式。仿真结果验证了所提出方法的可行性,结果表明:该方法能在保持较高分辨率的前提下获得实用的场景大小。     

基于遗传算法的星载合成孔径雷达天线方向图与模糊综合

该文针对改善星载合成孔径雷达(星载SAR)的模糊特性,以星载SAR的模糊度为目标函数,以天线方向图的主瓣宽度和副瓣电平为约束条件,应用遗传算法对天线方向图进行综合。仿真结果表明,这种方法很好地抑制了模糊度,同时控制了主瓣宽度和副瓣电平,对星载SAR系统设计具有实际意义。