变波门大斜视滑动聚束SAR成像关键技术分析

大斜视高分辨率SAR成像中,改变开启波门的操作可以在保证距离测绘带宽度的情况下减小录取回波的数据率,滑动聚束的扫描模式可以在保证高分辨率的情况下扩大方位场景范围。但是变波门后只能获得交错的距离徙动曲线,而滑动聚束的扫描方式容易引起方位模糊。该文研究了变波门大斜视滑动聚束模式下SAR成像的关键技术,提出分子孔径升采样的解模糊算法以及基于空域波束分割的二级极坐标格式算法(PFA),将对波门变化的补偿融入运动补偿处理的过程中,通过先波束分割后子图像拼接的方法突破了PFA平面波前的近似对成像场景尺寸的限制,显著扩大了传统PFA的有效成像场景范围,使其适用于大斜视滑动聚束模式下的大场景成像。实测数据处理表明了算法对大场景变波门数据的有效性。     

机载斜视聚束合成孔径雷达快速成像算法

极坐标格式算法(PFA)是传统聚束SAR的经典成像算法,但用于斜视聚束成像存在二维频域插值计算量巨大、插值精度受插值核函数长度制约以及最终图像旋转带来成像质量下降等问题。针对上述问题,文中提出一种基于尺度变化的快速PFA算法,不仅能避免斜视成像后的图像旋转操作,还具有计算效率高的优势。快速PFA算法只需要FFT和复乘运算即可完成,与直接插值PFA算法相比计算量降低到原来的30%~50%。仿真实验验证了文中方法的有效性。     

基于方位deramp和NFS大斜视聚束SAR成像算法

该文针对聚束SAR回波信号方位向频谱混叠和大斜视时距离向和方位的严重耦合,提出了一种结合方位向deramp和非线性频率变标(NFS)的斜视聚束SAR成像算法。首先在方位向进行deramp操作,消除方位频谱混叠。然后通过非线性频率变标并考虑距离向时频变换的标度变化补偿方位相位,实现场景成像。仿真结果表明,该算法可有效消除方位频谱混叠,具有较高的精度,满足大斜视聚束SAR的成像要求和较大测绘带宽度要求。     

一种基于谱分析与改进方位非线性变标的大斜视聚束成像算法

针对大斜视聚束SAR成像中方位频谱混叠,且距离向与方位向严重耦合的问题,该文提出一种利用谱分析(SPECtral ANalysis, SPECAN)解方位频谱混叠、距离向采用调频变标(Chirp Scaling, CS)、方位向采用改进非线性变标(Extended Non-linear Chirp Scaling, ENCS)的大斜视聚束成像算法,首先将回波信号走动校正,然后利用SPECAN消除方位频谱混叠。进行距离徙动校正(Range Cell Migration Correction, RCMC)之后,利用CS消除距离弯曲的空变性,方位向采用 ENCS 补偿沿方位向变化的多普勒调频率,从而有效地提高了方位向的聚焦深度。仿真结果和分析表明,该方法能够在较大斜视角的聚束SAR模式下得到聚焦良好的高分辨率场景。     

基于改进sinc插值的变PRF采样聚束SAR成像

该文针对周期性变PRF采样高分辨率聚束模式合成孔径雷达(SAR)提出了一种改进的两步成像算法。变脉冲重复频率(PRF)设计可解决固定盲区等问题,是解决星载SAR高分宽幅矛盾的一种有效手段,但变PRF采样会引起频谱混叠和虚假目标等问题。该文从离散非均匀傅里叶变换原理出发,推导改进sinc插值核函数并建立了时域-时域的回波重建方法,将变PRF采样回波重构为均匀采样回波。此外将改进sinc插值与两步式成像算法结合,据此发展出针对非均匀采样回波的改进两步式聚束SAR成像算法,拓展了传统两步式成像算法的使用范围。仿真数据和实际数据处理结果验证了成像算法的有效性和精确性,并且改进sinc插值具备更高的计算效率。      

机载SAR多模式统一化成像处理技术研究

合成孔径雷达(SAR)技术能够实现感兴趣区域(ROI)的多模式成像与超高分辨观测。然而,超高分辨成像因多脉冲长时间相干积累而面临方位频谱混叠问题,且对于斜视情况下的凝视和滑动聚束模式,传统频域成像算法难以实现统一化处理。据此,本文提出了一种SAR多模式统一化成像处理算法。首先,采用线性距离走动校正削弱斜视数据的两维耦合。然后,结合基于方位Deramp技术的混叠频谱重建方法与方位重采样,实现混叠信号的恢复及聚焦深度问题的解决。最后,利用扩展的距离徙动算法进一步完成ROI精聚焦。本文所提算法能够对斜视的凝视和滑动聚束数据进行统一化的成像处理。基于点目标仿真与机载SAR多模式实测数据处理结果,验证了所提方法的有效性。     

一种变PRF双基SAR快速极坐标格式算法

极坐标格式算法(PFA)是双基聚束模式合成孔径雷达(SAR)成像中一种经典的成像算法,在聚束SAR系统中有着重要的意义。从信号二维解耦合的角度出发,进一步分析极坐标格式算法中距离向插值和方位向插值对目标距离徙动(RCM)的校正过程,给出了对双基SAR极坐标格式算法的一种新解释,并提出一种基于变脉冲重复频率(PRF)的双基SAR快速极坐标格式算法。该方法可以提高双基SAR极坐标格式算法的计算效率,扩大其应用范围。点目标仿真验证了该方法的有效性。     

聚束模式双基地SAR极坐标格式成像算法研究

 对于任意几何配置下的聚束模式双基地合成孔径雷达,本文在信号模型分析的基础上提出了一种可实现有效聚焦的极坐标格式成像算法.根据对聚束模式双基地SAR原始数据域空间频率采样特点的分析,算法在实现由极坐标到直角坐标的插值转换时,采用非线性插值采样方法,保持了PFA算法中将二维插值分解为两个一维插值的特点,因此计算流程、效率及性能和常规单基地聚束SAR的PFA成像算法相同.最后通过点目标仿真验证了算法的有效性.     

滑动聚束FMCW-SAR的子孔径波数域成像算法

该文分析了滑动聚束调频连续波合成孔径雷达的几何关系,建立了回波模型并推导了回波信号频谱。根据其信号特性,提出了一种子孔径波数域算法。该算法利用波数域匹配滤波和距离堆栈方法精确补偿了距离方位耦合相位,避免了插值操作,计算精度高,适用于斜视工作模式。通过子孔径相干合成实现了比条带模式更高的方位分辨率,同时利用子孔径图像的拼接得到了比聚束模式更宽的测绘区域。仿真结果及分析验证了所建信号模型的合理性和该算法的有效性。      

应用于ISAR大转角下的沿视线插值算法

极坐标格式算法(PFA)在逆合成孔径雷达(ISAR)成像算法中主要运用插值算法来解决目标散射点越距离徙动问题,其插值方法的选择决定了成像效率和运算速度。提出了一种沿雷达视线插值的方法,建立了ISAR大转角目标几何模型,对其进行理论推导得到方位向的精确插值形式,并对因非均匀采样造成的形变进行方位重采样。仿真实验表明,相较于传统插值算法,该算法有着运算速度更快、聚焦性更好的优点。     

Novel approach based on deramping technique for squinted sliding spotlight SAR imaging

This paper investigates a novel approach based on the deramping technique for squinted sliding spotlight Synthetic Aperture Radar (SAR) imaging to resolve the azimuth spectrum aliasing problem. First of all, the properties of the azimuth spectrum and the squint angle impacts on the azimuth spectrum aliasing problem are analyzed. Based on the analysis result, an operation of filtering is added to the azimuth preprocessing step of traditional Two-Step Focusing Approach (TSPA) to resolve the azimuth folding problem and remove the influence of the squint angle on the azimuth spectrum aliasing problem. Then, a modified Range Migration Algorithm (RMA) is performed to obtain the precise focused image. Furthermore, the focused SAR image folding problem of traditional TSPA is illuminated in this paper. An azimuth post-processing step is proposed to unfold the aliased SAR image. Simulation experiment results prove that the proposed approach can solve the spectrum aliasing problem and process squinted sliding spotlight data efficiently.     

极坐标格式算法及其在条带SAR成像中的应用

极坐标格式算法(PFA)是一种典型的聚束SAR成像算法。本文从信号相位历程的角度阐述了PFA成像的基本原理，并基于对条带SAR和聚束SAR两种模式的比较，利用二者之间的内在联系，将条带SAR的原始数据进行分块处理并将分块数据等效成为聚束模式数据，然后用PFA对等效数据进行聚束成像。对外场数据的处理证实了理论分析的正确性和本文所提出方法的可行性。     

多模式斜视多通道SAR成像方法

方位多通道技术是当前合成孔径雷达（SAR）系统主流的高分宽幅实现方式。而将方位多通道技术与斜视波束扫描（聚束、滑动聚束、TOPS）工作模式相结合可以实现灵活的更高分辨率或者更宽幅宽的遥感观测。然而由于斜视以及波束扫描会使得回波信号的多普勒带宽远大于通道数与脉冲重复频率（PRF）的乘积,使得传统的多通道成像方法失效。为了解决上述问题,本文提出一种基于方位去斜加方位重采样的多模式斜视多通道SAR成像方法,该方法通过对各个通道信号分别进行方位去斜以及对去斜、线性距离走动校正（LRWC）后的信号进行方位重采样来解决方位时变的问题,使得传统的多通道成像方法可以使用。理论分析与实验结果均验证了该方法可以处理多模式的斜视多通道SAR数据,并且得到聚焦良好的图像。     

聚束式SAR的宽场景成像算法

 提出了基于SPECAN处理的宽场景聚束式SAR成像算法.首先对距离Dechirp后的信号在方位上作谱分析(SPECAN)处理消除方位模糊并对信号支撑区进行伸缩与平移变换,二次相位补偿后选择合适的插值方法恢复信号理想支撑区,最后二维IFFT成像.讨论并给出了算法对脉冲重复频率选择的限制.仿真实验验证了该方法的有效性.     

基于FPGA的微型SAR成像信号处理技术

微型SAR(MiniSAR)成像处理系统通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)设计并实现。该系统中成像处理流程以极坐标格式算法(Polar Format Algorithm, PFA)为基础,首先对回波数据进行参考距离补偿,再采用尺度变换原理(Principle of Chirp Scaling, PCS)代替插值过程实现距离向的重采样,能够在提升算法精度的同时,提高运算效率;方位向处理采用高精度的Sinc插值方法,流水线输出插值结果,运算效率进一步提高;最后,系统通过相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus,PGA)算法实现残留相位误差的估计和补偿。基于Xilinx公司的Virtex7-XC7VX6907开发板对系统进行了成像处理和验证,系统工作频率为200MHz,在5.10s时间内实现8192×4096个采样点的32位单精度浮点成像处理。实测数据处理结果验证了系统的有效性。     

Range Resampling in the Polar Format Algorithm for Spotlight SAR Image Formation Using the Chirp z -Transform

Besides an inverse two-dimensional (2-D) Fourier transform, the polar format algorithm (PFA) for the spotlight synthetic aperture radar (SAR) image formation can be normally divided into two cascaded processing stages, which are called the range and azimuth resampling, respectively. This paper focuses on a new implementation of the first stage, i.e., the range resampling, using the chirp z-transform (CZT). The presented algorithm requires no interpolation. It works for the SAR system directly digitizing the echo signal, as well as that employing the dechirp-on-receive approach. The parameters of the CZT, including the frequency spacing and the start frequency, are derived to accommodate the PFA in both cases. Related filtering and compensation procedures are developed for the chirp z-transformed range signal with and without dechirp, respectively, in order to achieve a signal format entirely suitable for the azimuth resampling. Furthermore, incorporating the new algorithm with the existing CZT-based azimuth resampling and focusing algorithm, we can achieve a PFA totally free of interpolation. The presented approach has been validated by point target simulation, and the test is carried out with a very critical relative bandwidth of 30%     

基于方位波数域聚束模式PFA的运动补偿新方法研究

该文在对聚束模式SAR数据进行极坐标算法(PFA)形式成像的过程中,通过研究载机运动误差对散射点方位向波数表达式的影响,给出了一种基于方位波数域进行运动误差估计及相关补偿的新方法。该方法首先应用距离匹配滤波和方位dechirp实现对原始数据的2维调频率去斜处理,同时经过距离FFT和极坐标算法的操作将原来极坐标下的数据重采样到直角坐标系下的2维波数域,最后对数据进行距离和方位的分块误差估计及补偿。这种方法能很好地针对运动误差造成的方位二次及高次误差相位项进行精确补偿,同时也能处理误差相位的空变性问题,因此可以获得相对传统时域补偿方法更好的图像聚焦效果。实测数据的处理和分析,验证了该文所述方法的有效性,证明了与传统时域运动补偿方法相比的优越性。     

圆迹SAR极坐标格式算法研究

 该文提出一种新的用于圆迹合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar, CSAR)成像的极坐标格式算法。在CSAR模式下,点目标的波数域3维频谱为3维曲面。根据这一特点,算法采用逐高度平面成像的方法最终获得3维图像,即通过参考函数相乘,将频谱投影到2维平面,既避免了高度向的插值,又保证了算法的精确性。并且该算法通过两步相位补偿操作校正了越距离单元徙动的高次项,扩大了有效成像范围,避免了场景边缘目标的散焦。最后,点目标仿真验证了该算法的有效性。     

基于波束优化赋形方法的斜视星载SAR模糊抑制研究

距离模糊和方位模糊会严重影响星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的成像质量。现有的利用天线波束赋形来抑制模糊的方法在雷达正侧视成像时取得了优异的效果,但并不适用于雷达斜视的情况。针对这一问题,提出了一种基于平面阵列天线波束赋形的星载SAR二维模糊（距离和方位模糊）抑制方法。使用距离-方位模糊综合的模糊比（Ambiguity to Signal Ratio,ASR）指标来替代距离模糊比及方位模糊比,结合对不同斜视情形下天线波束变化的分析,充分考虑包含镜像模糊区在内的所有模糊区,建立了模糊比-天线权重优化模型。以模糊能量为目标函数、天线方向图掩模作为约束确立二次锥（Quadratic Cone Programming,QCP）优化问题,求解得到阵元幅度相位分布。仿真结果表明,所提方法可以通过调节模糊区对应的旁瓣幅值,灵活地抑制SAR斜视成像的距离和方位模糊,进而提高星载SAR的成像质量。