直角坐标多级后投影聚束SAR成像算法

在局部极坐标系下,快速多级后向投影算法(FFBPA)可以以较低的采样率对子孔径成像,但在不同局部极坐标系之间需大量的2维图像域插值实现图像融合。相比极坐标系,图像融合在直角坐标系下更容易实现。但在直角坐标系下进行子孔径成像的奈奎斯特采样率较高,这将影响直角坐标系下的成像效率。该文针对此问题提出一种谱压缩技术,通过对距离时域和距离频域两次补偿,大幅压缩了直角坐标系下子孔径成像的方位谱宽度。该文算法具有堪比原始后向投影算法(BPA)的成像质量和优于FFBPA的计算效率,且能够应用于非线性轨道SAR。最后通过星载0.1 m仿真实验和机载0.2 m实测实验验证了算法的有效性。     

快速分解后向投影SAR成像的自聚焦算法研究

SAR图像的自聚焦处理依赖图像域与距离压缩相位历程域之间的傅里叶变换对(Fourier Transform Pairs, FTP)关系。与频域算法不同,时域算法下的这种FTP关系不仅复杂,且难以获取。为了兼顾图像快速重建和自聚焦处理,该文首先对快速分解后向投影(Fast Factorized Back-Projection, FFBP)算法进行必要的改进和适当的优化处理,提出了IFFBP(Improved FFBP, IFFBP)算法,为自聚焦算法的使用奠定了基础。其次,针对数据处理的实际需求,该文提出了一种结合中等精度惯导粗补偿、嵌套相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus, PGA)精补偿的IFFBP算法处理流程。最后,通过仿真实验和实测数据处理验证该文方法的有效性。     

基于GPU的后向投影SAR成像算法

后向投影(BP)是一种精确的时域合成孔径雷达(SAR)成像算法,但是其巨大的运算量很难满足实时成像的要求,图形处理器(GPU)具有强大的浮点运算和高度的并行处理能力,为BP算法的实时成像提供了一个很好的平台。提出基于GPU的并行化BP算法,利用了四种优化方法对并行化BP算法进行加速,并且针对共享存储器的bank冲突问题提出了相应的解决方法,减少了共享存储器访问时间。最后给出仿真数据的成像结果,结果表明,与传统的基于CPU单线程的BP算法相比,成像速度可达到70倍以上的提升。     

Bulk-FFBP：基于距离向整体处理的快速分解后向投影算法

距离向分块快速分解后向投影(Block-FFBP)算法通过子孔径合成降低了传统BP的算法复杂度,并且通过距离向分块,简化了繁琐的极坐标与直角坐标的转换。然而,距离分块操作使各块引入了斜距范围波动,而且插值核长度余量导致了算法的内存效率低下,从而降低了成像效率。该文提出一种基于距离向整体处理的Bulk-FFBP算法,并细分为基于距离向控制点的Bulk-FFBP以及无控制点的Bulk-FFBP。文中通过仿真对两种Bulk-FFBP算法进行了误差分析、成像性能分析以及算法效率分析,并与Block-FFBP算法进行对比,证实了Bulk-FFBP的优越性。     

一种基于快速分解后向投影的条带SAR成像新方法

快速分解后向投影(Fast Factorized Back-Projection, FFBP)最初用于超宽带SAR成像,并在聚束SAR信号处理领域取得了巨大的成功。然而,由于积分孔径和角域升采样的限制,FFBP算法难以直接用于条带SAR处理。为了提高FFBP算法在条带SAR处理的实用性,该文从积分孔径和角域波数带宽的角度出发,提出一种适用于条带SAR处理的重叠图像法。该方法极大地保留FFBP算法的运算效率,有效地避免因角域升采样带来数据量大的问题。最后,通过斜视条带SAR仿真实验验证了该方法的有效性。     

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。      

基于快速后向投影的超宽带冰雷达数据成像算法

该文提出一种新的冰雷达成像算法,该算法可以在获得高分辨率冰下剖面图的同时,拥有较高的处理效率。该算法是一种基于快速后向投影的超宽带(UWB)冰雷达成像方法,其修正了多层媒质情况下的雷达与目标之间的距离,以及因多层媒质造成的距离徙动几何变化。该文分析了算法的原理,给出了算法实现的具体步骤,并将其应用于点目标仿真和航空冰雷达数据实验,验证了算法在冰下成像中的有效性。此外,将该方法与现有常用冰雷达算法的成像结果在方位向杂波抑制能力、计算时间和方位向分辨率3个方面进行了对比,证明该算法能够在不降低方位向杂波抑制能力和方位向分辨率的前提下,有效提高计算效率。     

双站前视低频超宽带SAR的快速因式分解后向投影算法成像处理

双站前视低频超宽带(UWB)SAR兼具双站前视的复杂成像构型和低频UWB的强距离方位耦合两个特点,因此极大地增加了实现高精度成像处理的难度。针对这个问题,该文提出一种基于快速因式分解后向投影(FFBP)算法的双站前视低频UWB SAR成像处理方法。首先,基于双站前视低频UWB SAR的成像几何构型和信号模型,给出了双站前视低频UWB SAR 原始BP算法成像的原理和流程。其次,在上述基础上,推导了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理的精确相位误差形式,并分析了相位误差对成像处理的影响,据此建立了双站前视低频UWB SAR FFBP成像处理中的子孔径和子区域划分原则。接下来,给出了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理流程,并对比分析了BP算法和FFBP算法的成像效率。最后,利用仿真实验证明了文中所作理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

后向投影成像算法的GPU优化方法研究

合成孔径雷达(SAR)成像算法能够通过图形处理器(GPU)加速来实现处理速度的显著提升。针对后向投影(BP)成像算法的GPU加速,分析了BP算法的并行化和并行处理方法,提出了一种适合GPU加速的BP成像方案;通过研究GPU设计中的多流异步执行技术、数据传输模式和计算速度与精度,进一步提出一种针对BP成像的GPU优化成像方案。通过仿真数据和实测数据在Tesla C2075上的测试结果表明,与GPU非优化方案的实现相比,该方案有了近一倍的速度提升。     

适于双站SAR的后向投影高分辨率成像算法

为了研究在双站合成孔径雷达中直达波对成像分辨率的影响,提出基于后向投影的直达波消除高分辨率成像算法。首先,分析直达波的波达时间,获取收发端的距离信息及直达波的空间电磁分布;其次,分析电磁波历经多目标的成像空间后的接收信号(包含目标的反射回波及直达波);最后,分析此时空间的成像谱,并减去先验得到的直达波空间电磁分布,从而提高成像分辨率。研究表明:所提方法,不仅得到目标清晰的像,还适应不同接收器排布的情况,提高双站SAR系统成像分辨率的同时,还增加系统的应用灵活性。并在噪声中表现出良好的分辨率特性。     

多级多分辨快速后向投影成像算法

子孔径划分是提高BP算法效率的基本途径,如何对其孔径进行划分以及如何确定各子图像分辨率,将直接决定算法的效率.本文从频域带宽和距离误差两方面分析图像分辨率选取的限制条件,并得到了一个统一的关于孔径长度和分辨率的条件.然后基于这一条件阐述了超宽带信号条件下如何通过选取分辨率和对子孔径进行划分以达到最高的计算效率,并依此条...     

一种改进的快速分解后向投影 SAR 成像算法

与传统后向投影(Back-Projection, BP)算法相比,快速分解 BP(Fast Factorized BP, FFBP)算法可以大幅度提高 SAR 成像的处理效率,具有较强的工程价值.该文在现有 FFBP 算法的基础上,提出了改进 FFBP 算法,进一步简化处理流程并提高运算效率.改进 FFBP 算法的主要特点:(1)成像平面选取在- sinr q坐标系,代替现有 FFBP 算法的-r q坐标系,从而直接避免了对投影视角的反正弦计算;(2)采用2维多项式拟合的方法对投影斜距和视角进行计算,代替现有 FFBP 算法的逐点计算或1维多项式拟合,从而大大减小了运算量.最后,利用 X波段的 SAR 回波仿真数据对该文提出的改进 FFBP 算法进行验证.     

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.     

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。

     

基于子孔径相位误差拼接的相位梯度自聚焦算法

随着雷达技术的发展,合成孔径雷达的成像精度也得到了大幅提升,与之相匹配的,也需要能更精确地进行运动补偿的算法.由于惯导精度无法满足需求,如果仅使用惯导数据对运动误差进行补偿,补偿的结果中含有残余的距离单元徙动,这会损失图像的精度.本文首先分析了残余的距离单元徙动对快速分解后向投影成像算法和相位梯度自聚焦算法的影响,再将...     

基于加权相关的探地雷达后向投影成像算法

本文提出一种基于加权相关的后向投影成像算法以抑制经典后向投影算法中因“延时-求和”所带来的图像中的伪影。该算法通过加权和相关处理重构对成像区域中各点的反向散射响应。利用各回波通道之间的关联性,通过计算成像点所对应各回波通道之间的皮尔逊加权系数,为各通道回波幅值进行加权,其可增强目标区域的反射能量;进一步,对加权后的幅值响应数据进行互相关,削弱了非目标区域反射能量。采用该算法对频率步进探地雷达探测得到的管线数据进行成像处理,实验结果表明：基于加权相关的后向投影算法能显著抑制图像中的伪影,有利于目标的识别。此外,对于多目标探测,该算法还能消除多目标叠影带来的虚假目标。     

基于最优区域划分的子块快速因子分解后向投影算法

后向投影(Back Projection,BP)算法具有精确聚焦、完美运动补偿等优点,适合于机载超宽带合成孔径雷达(Ultra Wide Band Synthetic Aperture Radar,UWB SAR)成像,但是巨大的计算量限制了它的实际应用。子块快速因子分解后向投影算法(Sub-Image Fast Factorized Back Projection,SIFFBP)算法大幅度减小了BP算法的计算量,提高了BP算法的实用性。本文通过分析SIFFBP算法区域划分的约束条件,提出了一种基于最优区域划分的改进算法,解决了传统SIFFBP算法在小波束积累角时加速性能下降的问题。当波束积累角小于60度或成像区域长宽相差较大时,改进算法进一步减小了计算量。仿真和实测SAR数据的成像结果验证了改进算法的性能。     

基于相位偏移的条纹投影相位误差补偿方法研究

相移条纹投影技术三维成像的过程中,受设备非线性效应影响存在相位误差。针对相位误差的周期特性,引入相位偏移算法,提出一种非线性相位误差全场补偿方法。利用非线性相位误差的偏移变化,结合多个包裹相位的相位值选取特定阈值,最后使用算法遍历全场相位信息获取理想相位。实验结果显示校正后的误差点数是校正前的2.52%,证实了方法的有效性,通过与其他方法进行数据对比分析,表明所提方法修正相位误差效果有所提高。     

基于ECS＋PGA的机载SAR运动补偿算法

提出了一种基于ECS PGA的高精度机载SAR运动补偿算法。该算法利用ECS算法来实现成像处理,利用PGA算法实现相位误差估计与补偿。由于ECS算法利用部分孔径数据进行成像,不仅能够减小运动误差的影响,并且可以有效地减小数据处理的运算量。而PGA处理则进一步补偿了剩余的相位误差,实现精确聚焦。通过对真实的机载SAR数据的处理结果验证了文中提出的运动补偿算法的有效性。     

基于改进BP算法的机载双基地SAR成像

首先建立了机栽双基地SAR的几何模型、距离历程和回波模型。接着简要总结了双基地SAR成像的算法思路。通过理论推导改进了单基地BP成像算法使其适合于双基地情况,并探讨了改进的快速BP算法。最后用点目标和面目标仿真验证了双基地下BP算法的有效性和适用性,并与RD算法进行了性能的比较。