基于MLBF的毫米波双站SAR前视Omega-k成像算法

结合毫米波体制和双站毫米波合成孔径雷达(SAR)前视成像技术,开展毫米波双站SAR前视成像算法的研究.在双站SAR前视成像系统中,较大的前视角引入了多普勒质心偏移和严重的距离徙动,因此普通双站SAR的成像算法无法直接移植到双站SAR前视成像中.针对以上问题,论文首先提出了一种基于瞬时多普勒分析的改进Loffeld's Bistatic Formula(MLBF)二维频谱求解方法,相比于现有方法,该方法能更准确的得到双站SAR前视回波信号的二维频谱.在此基础上又推导出了适用于毫米波双站SAR前视成像的Omega-k算法;最后通过仿真实验,验证了提出算法的有效性和优越性.     

机载SAR半实物快速回波模拟设计及实现

合成孔径雷达(SAR)回波模拟计算量大、用时长,快速的实现SAR回波模拟非常有利于SAR系统的研制。设计了一种基于FPGA的通用雷达快速回波模拟半实物平台;同时为了快速实现SAR回波模拟,改进了基于等效散射体回波模拟算法;考虑到算法的并行运算,优化了可编程逻辑器件(FPGA)硬件实现流程,实现了点目标和自然场景的SAR回波快速模拟并提供高精度的回波数据。实际应用结果表明,设计的通用SAR回波模拟平台能够依据不同的SAR仿真需求快速地模拟回波信号,满足对SAR系统评估测试要求。     

主从模式编队卫星SAR压缩感知成像算法

为减轻主从模式编队卫星SAR对稀疏目标场景回波信号的采集与传输负担,提出了编队卫星SAR的回波信号稀疏方法。在研究编队卫星SAR回波信号特征的基础上,构建了编队卫星SAR距离向和方位向的稀疏基、测量矩阵和重构矩阵。针对主从模式编队卫星SAR与地面的数据传输特点,提出了低传输负荷下的主从模式编队卫星SAR压缩感知成像方法,并借助于正交匹配追踪算法 (Orthogonal Matching Pursuit,OMP) 对稀疏后的回波信号进行了恢复重构,获得了高质量的编队卫星SAR图像。仿真结果表明,针对稀疏目标场景,本文提出的压缩感知成像方法利用较少的回波数据便能重构出原始目标场景,实现了低负荷下的编队卫星SAR成像。      

面向应用的SAR场景回波信号仿真质量评估方法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)回波信号仿真具有广泛的应用背景,国内外提出了很多行之有效的SAR回波仿真方法.然而,衡量SAR回波信号仿真质量的手段相对缺乏,现有方法是采用点目标的峰值旁瓣比衡量仿真质量,但是缺乏对仿真目标或场景的评估能力.文中从SAR回波信号仿真的应用背景出发,结合目标与地物的特征,分别对目标与场景的回波信号仿真质量进行评估.利用仿真的SAR目标与场景,证实了该评估方法的合理性与可行性.     

天基合成孔径雷达协同探测模型的研究

 提出了一种天基合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)协同探测方法,利用星座中的多个SAR系统多视角、同时观测同一目标区,对获取的信息进行并行分布式检测,从而提升天基SAR系统的探测能力.研究了模糊信号的统计特性,考虑了杂波、系统噪声、后向散射状况等因素的影响,建立了独立天基SAR系统探测模型,得出了探测性能随对地观测角度变化的结论;基于分布式检测原理建立了天基SAR协同探测模型,确定了轨道参数、平台参数、SAR系统参数与探测性能之间的关系,为协同探测系统设计与实现奠定了基础.K/N准则下的对比分析结果表明,协同探测性能优于独立天基SAR系统探测性能.     

一般构型机载双站SAR回波信号特性分析

一般构型机载双站合成孔径雷达(SAR)的成像结构与系统参数使其回波信号具有新的特性,文中从残余距离徙动、多普勒参数、回波频谱三个方面对信号特性进行分析。研究结果表明,残余距离走动与残余距离弯曲具有方位向非对称性,宽场景成像中需按照残余距离徙动与二阶相位误差对观测场景进行成像区分块;多普勒质心具有二维扩散性,多普勒调频率与多普勒带宽具有二维扩展性;在距离频域-方位时域校正距离走动可削弱因双站斜视带来的回波信号距离-方位向二维强耦合,推导了距离走动校正后的回波频谱公式。仿真验证了一般构型机载双站SAR的信号特性与距离走动校正方法的有效性。     

一种基于二维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法

互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。      

一种基于FPGA的自然场景的实时SAR回波模拟器

为了降低测试雷达系统的成本,设计出一种实时雷达回波模拟器对测试雷达系统的各项参数有很大的帮助。文中采用等效散射体回波模拟算法设计了一种基于FPGA的SAR回波模拟器。通过优化回波模拟算法,实时实现了SAR的回波模拟。实验结果表明,该设计模拟器可以在10.7 s内模拟出一帧1 024×1 024的自然场景的回波数据。最后对回波数据成像质量评估,证明了该回波模拟器的正确性。     

基于NCS算子的大斜视SAR压缩感知成像方法

该文针对大斜视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像进行研究,提出了一种基于非线性频调变标(Non-linear Chirp Scaling, NCS)算子的大斜视SAR压缩感知成像方法。首先在详细分析大斜视SAR回波信号模型的基础上,给出了一种基于全采样数据的NCS成像算法,该算法有效完成了回波数据的走动补偿与解耦合处理,实现了准确成像。其次针对降采样的大斜视SAR回波数据成像问题,提出将上述成像算法构造成NCS算子并基于该算子建立压缩感知重构模型,通过对模型的优化求解直接获得最终的成像结果。该方法对于稀疏性成像场景能够有效降低回波数据采样率实现高质量成像,对于非稀疏成像场景在满采样条件下能够提高成像质量。最后的点目标和面目标的仿真实验验证了该文所提方法的有效性和可行性。      

改进的双站SAR线性调频尺度成像算法

双站合成孔径雷达（SAR）具有隐蔽性和反侦察等优点,但对于双站SAR方位向移变结构的成像研究较少。本文提出了一种基于双站平飞移变模式下改进的双站SAR线性调频尺度成像算法（CS）。该CS算法利用了一种将双站回波等效为单站回波处理的简化方法,引入了收发双站速度比因子,可在双站速度比值不超过1．5的情况下较好地成像,并通过仿真和对实际数据的处理验证了算法的有效性。     

多极化星载合成孔径雷达系统新工作方式及模糊分析

模糊是影响合成孔径雷达 (SAR)图像质量的主要因素之一,多极化星载SAR的系统设计要求尽可能地抑制模糊,提高图像质量。现有的多极化SAR系统极化时分工作方式虽然简单易行,但在高轨道星载条件下系统的距离模糊问题变得十分严重。为了有效地解决这一问题,该文提出极化频分和极化码分两种新的工作方式,并对它们进行了比较。计算表明这两种新的工作方式确实可以提高系统对模糊的抑制程度。     

地球同步轨道星载SAR多普勒特性分析

该文推导了适用于任意轨道高度的星载SAR多普勒中心频率和调频率的精确公式,为中高轨SAR多普勒特性的研究提供了有效的方法。基于上述公式,分析了地球同步轨道SAR多普勒中心频率与低轨SAR的联系;研究了星载SAR多普勒调频率随轨道高度的变化和地球自转对同步轨道SAR和低轨SAR调频率的影响;探讨了同步轨道SAR多普勒中心频率和调频率的特征。通过数值仿真验证了推导公式和多普勒特性分析的正确性。     

星载SAR数据成像的并行和实时处理研究曙光机的应用实例

星载合成孔径雷达成像数据量大,实时性要求高。该文阐述在曙光2000-Ⅱ型巨型并行计算机上完成星载合成孔径雷达CS算法的并行处理。并利用该并行机完成了对CS算法的实时成像系统并行化结构的系统仿真。实验结果表明该文提出的并行算法可在曙光2000-Ⅱ型巨型并行计算机上获得很好的效果。     

一种用于非合作式星机双基地SAR中的波束同步技术

已有文献中提出的基于收发波束指向控制的波束同步方法,在非合作式的星机双基地SAR中不适用。根据星机双基地SAR远发近收的特点,提出了一种宽波束接收工作模式用于提高场景长度。针对卫星过顶时间的估计误差和飞机导航系统的误差,提出了一种基于对直达波信号进行处理的补偿方案。仿真结果表明,该文提出的方法能在方位分辨率略好于单星SAR的前提下,使场景长度达到1 km以上。     

星载合成孔径雷达聚束模式方位分辨率研究

从星载合成孔径雷达与机载合成孔径雷达成像几何关系的差异,可以看出经典的聚束模式合成 孔径雷达方位分辨率公式对于星载情况有较大误差。该文给出了适用于星载聚束模式合成孔径雷达的方位向分辨率的计算方法,数据模拟结果验证了方法的难确性。     

时钟同步对星载多通道合成孔径雷达成像影响

主要分析了时钟同步对方位向多通道星载合成孔径雷达(SAR)成像质量的影响。结合星载多通道SAR系统对时钟同步误差进行数学建模,阐述了时钟同步对星载多通道SAR图像的影响方式。通过数学推导分析了方位向成对回波的幅度及位置,并指出了时钟同步误差对方位向主瓣压缩性能的影响具有周期性,同时还会导致距离向主瓣压缩性能恶化。在此基础上,进一步研究了时钟抖动对成像质量的影响。最后,计算机仿真验证了理论分析结果的正确性。     

GEO-LEO双基SAR序贯多帧-多通道联合重建无模糊成像方法

采用地球同步轨道(GEO)卫星作为双基合成孔径雷达(SAR)的发射站,可为低轨(LEO)接收站提供大范围、持续的波束覆盖。同时,由于收发分置的系统形态,LEO接收站可以实现下视、前视、后视等多视区成像,因此,GEO-LEO双基SAR在地球测绘、侦察监视等领域具有广阔的应用前景。为实现大幅宽成像,GEO SAR发射站的脉冲重复频率较低,而LEO SAR接收站会引入大的多普勒带宽,造成GEO-LEO双基SAR方位欠采样。通过在接收站引入多通道技术虽可抑制模糊,但是面临GEO-LEO双基SAR的严重欠采样问题,多通道无模糊重建方法所需通道数过多,不利于接收系统小型化。针对方位严重欠采样条件下的复杂观测场景无模糊成像问题,该文提出了序贯多帧-多接收通道联合重建无模糊成像方法,通过利用序贯观测场景多帧图像的相关性和多接收通道的采样信息进行联合重建,实现无模糊成像。首先将GEO-LEO双基SAR无模糊成像问题建模为张量联合低秩与稀疏优化问题,然后在交替方向乘子法迭代求解中利用多接收通道信息,实现了GEO-LEO双基SAR对复杂观测场景的无模糊成像。相比于基于传统多通道重构的成像方法,该方法可显著减少无模糊成像所需的接收通道数,仿真实验验证了该方法的有效性。      

星载干涉SAR中的基线问题

基线在星载干涉SAR的系统设计和数据处理中起着非常重要的作用.本文比较全面地阐述了空间基线在星载干涉SAR中的作用.特别分析了星载干涉SAR中空间基线对SAR图像相关性、地距分辨率以及干涉SAR数据处理中的距离向平地效应和多视平均处理的影响.讨论了星载干涉SAR空间基线的设计问题,推导了空间最优基线的确定公式.最后进行了计算机仿真,仿真结果表明分析正确.     

星载SAR飞行平台若干问题的仿真研究

飞行平台的仿真是星载SAR系统仿真中一个非常重要的部分。星载SAR(合成孔径雷达)仿真系统与传统的机载SAR仿真系统在飞行平台部分存在很大的差异。文中详细论述了SAR卫星平台仿真中轨道动力学、波束投影点、星下点以及卫星与地面目标瞬时相对运动等问题的仿真方法及其实现，并就一些近似计算给SAR系统带来的误差进行了分析。     

卫星姿态对星载SAR多普勒参数的影响

通过对SAR卫星运动的分析,推导出椭圆轨道星载SAR考虑姿态角（横滚、俯仰、偏航）的多普勒性质的表达式.讨论了卫星姿态角对多普勒性质的影响.并就卫星姿态对星载SAR多普勒参数的影响进行了仿真试验,理论和仿真结果表明卫星姿态对星载SAR多普勒参数有较大的影响.