机载SAR实时成像处理器方位向处理及DSP实现

介绍了基于距离-多普勒算法的成像处理器方位向处理,并针对机载合成孔径雷达(SAR)实时成像探讨了采用DSP并行计算技术实现方位压缩的原理和结果.     

合成孔径雷达成像处理的数学原理

从理论上对ＳＡＲ成像处理过程中的距离向和方位向处理进行了数学描述,分析了匹配滤波器的构造的原理,推导了脉冲压缩算法的理论基础,给出了计算多普勒频移的公式,解释了合成孔径雷达距离向和方位向分辨率的成因。     

带距离徙动校正的压缩感知PFA成像方法

目的 极坐标格式算法（PFA）是合成孔径雷达（SAR）聚束模式下的一种高分辨率成像算法,方位向增加孔径长度带来了数据存储和传输的负担,利用压缩感知进行合成孔径雷达成像可以减小采样率,以前的研究往往认为图像是2维可分离的而忽略距离徙动的影响,造成了图像质量的下降。提出一种在方位向利用压缩感知处理的PFA成像算法,可以校正距离徙动,保证压缩感知成像的图像分辨率。方法 在方位向进行压缩感知处理的过程时,采用了随距离空间频率变化的傅里叶基。结果 该方法可以有效代替PFA处理过程中的方位向插值,消除距离徙动的影响,保证距离向和方位向的分辨率。结论 仿真和实测数据的处理结果证明了该方法的有效性。     

一种轨道宽带SAR数据采集与成像处理实验系统

提出了一种宽带合成孔径雷达(SAR)系统,用于检测伪装目标在电磁环境下的伪装效果。该系统采用数据中频接收和高速数字信号处理技术来实现高分辨率、高速二维成像。详细介绍了系统所采用的二维成像算法,并针对系统运动特性提出了一种相位补偿方法,从而大大提高了方位维聚焦精度。实测结果表明,系统工作正常,距离维和方位维分辨率均优于0.5 m。     

合成孔径雷达图像的自适应旁瓣抑制算法分析和实验研究

合成孔径雷达是有源相干高分辨率成像系统,常规成像算法对接收数据进行二维匹配滤波,实现成像。由于成像系统的二维频域支持域有限,使成像系统的方位向和距离向脉冲响应为sinc函数,又SAR图像具有动态范围大的特点,使SAR图像中的强目标旁瓣使弱目标主瓣发生畸变,所以要对SAR图像进行旁瓣抑制。讨论并比较了两种自适应旁瓣抑制算法,并利用模拟数据和中科院电子所的L-SAR系统的雷达图像对这两种算法进行了实验研究。     

ADSP-TS201在SAR信号方位预处理中的应用

在机载SAR的实时成像处理器中,回波信号方位向带宽以及方位向采样率不能很好的满足成像处理的要求,本文选择ADSP-TS201处理器芯片对回波信号在成像之前对其进行方位向预处理。在软件实现过程中充分利用此芯片的功能特点,使得预处理在精确度和效率上都很好的满足了成像处理的要求。     

无数据转置的并行SAR成像的研究和实现

目前比较成熟的SAR成像算法，无论是RD算法还是CS算法都需要有数据矩阵转置的操作，即完成数据从距离向到方位向的重新排序，实现矩阵转置不仅需要有海量的存储空间，而且存储器I／O性能限制也使得完成转置操作需要耗费大量时间，基于DSP系统，分别从算法和数据流的角度阐述两个免除数据转置的方法，并给出它们在DSP系统上的高效的并行实现，实验表明这两个方法是可行且有效的，加快了SAR的成像处理。     

流水线结构的高效SAR快视成像处理器

本文由快视成像算法的特点出发,提出了一种流水线结构SAR快视成像处理机的实现方法.这种方法充分考虑到了DSP和FPGA的运算特点,突出了快视成像处理的实际需求.系统硬件实现的复杂度较低,仅仅采用加减操作即可完成方位向信号的处理,易于实时成像,在观测大范围现象以及图像预览等方面有广阔的应用前景.     

几种提高分布式雷达方位向分辨率方法的分析与比较

分析比较了三种提高分布式合成孔径雷达方位向分辨率的方法:时域扩频,展宽等效多普勒带宽,分辨率虽有提高,但存在频谱混叠,影响成像效果;提高频谱利用率,实现全孔径成像,达到理论分辨率,但多普勒分量提取以及模糊抑制的计算量过大;利用统计分析及估计理论对成像进行空域滤波虽然扩展了清晰成像面积,但没有提高绝对分辨率,且由于矩阵的伪逆操作,计算量惊人。针对上述算法的不足,借鉴扩频思想,提出空间频率滤波方法以改善合成信号的频域特性,从而提高方位向分辨率。给出了仿真结果以说明所提出方法的有效性。     

旋转分数阶Fourier域构建SAR方位向成像算法的研究

距离多普勒算法在许多模式SAR尤其是正侧视SAR成像处理中被广为使用,但是其较低精度的SAR图像质量越来越不能满足实际应用需求。为解决传统方法方位向成像质量低的问题,提出旋转分数阶Fourier变换域构建SAR方位向上的高分辨率成像算法。文章详细推导SAR方位向信号运用分数阶Fourier变换时最优阶数的计算表达式,理论分析表明,该阶数具有唯一性且取决于方位向调频率、方位向抽样序列长度和方位向抽样频率;以获得的最优阶数为基础,完成旋转分数阶Fourier变换域和方位向高分辨率成像算法的构建。机载SAR模拟数据和星载SAR实测数据成像结果表明该算法的有效性。     

基于FPGA实现的星载SAR实时成像系统研究

针对星载SAR实时成像处理的研究目前主要集中在实时成像运算器(SAR processor),而未见到实时成像系统(SAR imaging system)的研究,提出了一种CS算法的星载SAR实时成像系统的体系结构,并基于FPGA实现了原型系统.该体系结构可以自主完成星载SAR实时成像,并具有良好的可扩展性.利用模拟信号源和高速数据记录仪对原型系统验证,1个信号处理单元在50MHz工作频率下,约11s内完成16384×16384个样本的星载雷达原始数据的成像处理,用4个信号处理单元就可达到为PRF为2000Hz的星载SAR的1∶1实时成像要求.     

基于去调频技术的斜视聚束SAR成像方法

针对具有方位谱混叠现象的斜视聚束式合成孔径雷达(SAR)成像问题,本文研究了一种基于去调频技术的成像方法.文中首先分析了斜视聚束SAR中的方位谱混叠现象,从理论上找出了斜视角影响方位粗聚焦的根本原因.基于分析结果,引入了回波信号非线性相位校正预处理法,彻底消除了斜视角的影响,从而得到正确的粗聚焦结果.然后基于斜视成像模型,推导了预处理回波信号的方位粗聚焦和精聚焦处理过程.在精聚焦的方位滤波处理中,针对非线性相位校正预处理导致的场景聚焦深度限制问题,提出了一种改进的非线性调频变标(NLCS)算法,实现了回波信号的高精度方位压缩.仿真实验结果证明了文中理论分析的正确性和所提方法的有效性.     

基于GPU的星载SAR多普勒中心频率估计处理技术

针对星载SAR多普勒中心频率估计算法复杂及运算量大的特点,基于GPU技术手段开展实时数据处理技术研究。选用Tesla C1060构建GPU专用科学计算平台,针对雷达卫星数据进行了数据处理实验,完成了系统结构设计。完成了多普勒中心频率估计算法分析\,基于CUDA编程模型构建以及MLCC算法优化设计等关键技术。结果表明:在不考虑全局拟合数据处理的情况下,实现了多普勒中心频率估计的处理速度达到Radarsat\|1卫星下行速率的12倍以上。为进一步进行精确的多普勒中心估计及实时SAR成像处理系统的研制提供了依据。     

一种斜视滑动聚束SAR子孔径处理成像方法

子孔径法是解决滑动聚束SAR成像方位频谱混叠的有效方法,具有内存占用量低、灵活性高的特点。子孔径的划分不仅影响成像 质量,还会影响成像效率;但目前子孔径的划分大多采用经验值,理论上并没有给出明确分析。因此在斜视成像过程中,未合理划分的子孔径会导致拼接谱出现“空隙”现象。本文首先介绍了斜视滑动聚束SAR工作模型,分析了其方位多普勒历程,提出了斜视下基于方位频域Scaling的子孔径成像算法。根据相邻子孔径的二维频谱,研究了子孔径频谱拼接的准则,推导了确定子孔径长度与重叠率的解析式,给出了子孔径划分的流程,最后通过仿真 实验和实测数据处理验证了子孔径划分方法及斜视下成像算法的有效性。     

ENVISAT-1 ASAR成像系统的设计和实现

针对ENVISAT-1卫星,研究了ASAR数据成像关键算法,给出一种提高系统多普勒估计稳定性的渐进策略。文章详细论述了系统的设计和实现方法,并给出了成像系统的实际处理结果。     

A novel method for speckle noise reduction and ship target detection in SAR images

It is very difficult to detect small targets when the scattering intensity of background clutter is as strong as the targets and the speckle noise is serious in synthetic aperture radar (SAR) images. Because the scattering of man-made objects lasts for a longer time than that of background clutter in azimuth matching scope, it is much easier for man-made objects to produce strong coherence than ground objects. As the essence of SAR imaging is coherent imaging, the contrast between targets and background clutter can be enhanced via coherent processing of SAR images. This paper proposes a novel method to reduce speckle noise for SAR images and to improve the detected ratio for SAR ship targets from the SAR imaging mechanism. This new method includes the coherence reduction speckle noise (CRSN) algorithm and the coherence constant false-alarm ratio (CCFAR) detection algorithm. Real SAR image data is used to test the presented algorithms and the experimental results verify that they are feasible and effective.     

基于SAR成像算法的高性能信号处理模块

针对SAR成像算法高速实时处理、宽幅海量存储的特点,设计并实现一种基于多PowerPC处理器的高性能并行信号处理模块.该处理模块利用多种高速串行总线构成不同层次的互联网络以适应不同类型的数据流传输,结合具有混合并行结构的底层处理节点以完成SAR成像算法在该处理模块上的映射.应用结果表明,基于该处理模块构建的信号处理系统...     

曲线运动SAR成像算法研究

研究合成孔径雷达曲线运动时的优化成像质量问题。提出了一种结合了惯导加速度参数和根据回波数据两种运动补偿曲线运动合成孔径雷达成像算法,提高了成像质量。首先研究了合成孔径雷达曲线运动时的目标模型,分析了惯性导航系统的原理,并以频谱分析的子孔径成像为基础,加入运动补偿等辅助处理。进行仿真,根据一组仿真参数和曲线轨迹生成仿真回波数据,证明仿真成像算法的有效性。系统运算简单,可为曲线运动时的合成孔径雷达实时信号处理系统系统设计提供依据。     

机载SAR 实时成像处理系统设计

介绍了机载SAR 实时信号处理器的体系结构和实时信号处理的算法流程, 通过对载机平台实测数据进行成像处理, 给出了高分辨率的SAR 图像, 验证了该系统的可靠性。