无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法研究

复杂结构设施的SAR三维成像是SAR成像领域的热点和难点问题。现有SAR三维成像依赖于高程方向的多通道或多次飞行,对雷达系统或数据获取的要求较高。该文提出无先验模型复杂结构设施三维成像方法,仅需一次飞行即可获得先验信息未知区域全场景全方位三维图像。该方法充分利用圆迹SAR的全方位观测、解叠掩和解高程模糊优势,无需目标预先建模和三维成像网格构建,适用于大面积区域复杂结构设施的精细三维成像,在雷达三维成像实用化技术方面取得了重要进展。通过该方法首次获得FAST射电望远镜的雷达全方位三维图像,验证了理论与方法的正确性与有效性。      

新体制SAR三维成像技术研究进展

常规SAR成像,平台沿直线飞行,形成直线型合成孔径,仅能获取2维图像,即3维空间中的观测场景在斜距-方位平面的2维投影,图像具有叠掩、透视缩短、阴影等畸变现象。SAR 3维成像突破了斜距-方位2维频率信息获取,能够获取第3维频率信息,实现3维分辨,可获得观测场景的散射中心在3维空间中的分布,从而解决叠掩问题,消除透视缩短、顶底倒置等几何形变现象,更直观地描述客观场景,已成为国际研究热点。该文介绍SAR 3维成像的概念和主要观测模式,分析该领域国内外研究现状和进展,重点阐述作者所在研究团队的SAR 3维成像研究进展,最后对SAR 3维成像技术进行总结和展望。      

层析SAR技术研究进展

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)通过将三维场景投影到距离-方位平面获取场景二维成像信息,但由此导致的叠掩问题影响图像解译。层析合成孔径雷达(Tomographic Synthetic Aperture Radar, TomoSAR)利用同一场景的多次航过数据在高程向合成孔径,获取目标三维成像结果,能够从根本上解决叠掩问题。本文从层析SAR信号模型出发,描述了不同维度下的层析SAR成像算法,系统地总结了应用于层析SAR研究的各机载和星载系统,阐述了层析SAR在城区、森林和冰川等场景下的应用,对于城区建筑物信息提取、森林参数信息提取和冰川结构参数提取中面临的主要问题和现有解决策略进行了详细的分析。最后,总结本文内容并展望层析SAR技术的发展前景。     

快速搜索算法与极化合成孔径雷达三维成像

从全极化(hh,hv,vh,vv)合成孔径雷达(SAR)图像数据中,可提取方位向的地势倾斜度信息,形成极化SAR三维成像。该文重点研究极化 SAR三维成像快速算法;提出由 Stokes矢量推导的的极化椭圆方向用解模糊算法;讨论目标极化散射特性对提取地势高度信息的影响以及处理方法;并利用真实的极化 SAR图像数据得到了极化三维成像结果。     

SARMV3D-1.0:SAR微波视觉三维成像数据集

三维成像是合成孔径雷达技术发展的前沿趋势之一,目前的SAR三维成像体制主要包括层析和阵列干涉,但面临数据采集周期长或系统过于复杂的问题,为此该文提出了SAR微波视觉三维成像的新技术思路,即充分挖掘利用SAR微波散射机制和图像视觉语义中蕴含的三维线索,并将其与SAR成像模型有效结合,以显著降低SAR三维成像的系统复杂度,...     

干涉SAR三维地形成像数据处理技术综述

干涉合成孔径雷达（InSAR,Interferometric Synthetic Aperture Radar）三维地形成像技术能够提供精确的高分辨率地形高度信息,它在上世纪后期发展非常迅速,目前仍是SAR技术领域的研究热点之一。本文给出了干涉SAR三维地形成像数据处理流程及主要步骤,综述了图像配准、相位展开、基线估计以及高度计算等干涉SAR数据处理步骤实现算法的发展概况,比较了各种算法的优劣,最后分析了干涉SAR三维地形成像数据处理所面临的技术难点,并对未来的研究重点作了展望。     

可视化机载SAR海洋场景仿真系统

传统的SAR仿真及成像处理主要基于科学计算软件的大量数学运算,提出了一种机载SAR海洋场景的可视化仿真系统。本仿真系统基于C/S架构,客户端基于OpenGL渲染场景,主要包括动态海洋场景绘制、飞机三维模型导入、机载SAR扫描过程模拟、网络通信、SAR回波成像显示等模块,服务器端负责基于GPU并行计算海洋的SAR仿真回波。系统运行及仿真结果表明,本系统可以较为逼真地实现机载SAR海洋场景的可视化。     

机载下视圆周SAR三维BP成像

结合机载下视三维SAR和曲线合成孔径雷达(CSAR),提出了一种下视圆周SAR的三维成像结构。在此结构下推导回波信号模型,发现回波信号中切航向和沿航向存在二维耦合项,使得传统的RD算法、CS算法、距离徙动算法等受限。后向投影算法(BP算法)通过二维场景搜索,避免了回波模型中耦合项的影响。文中分析了圆周SAR三维BP成像的机理,并给出了整个成像过程的流程图。仿真结果表明,圆周SAR能够精确地还原场景目标的三维信息,从而验证了此种结构的可行性和理论分析的正确性。     

基于BP和CS相结合的圆周SAR三维成像算法

与传统的直线SAR相比,圆周SAR(CSAR)具有对场景进行三维成像的能力,但对于一般的目标,其有效孔径只是一定角度的圆弧而非完整圆周孔径,使得圆周SAR只能获得航迹向和斜距向的高分辨率,影响了其三维成像能力,所以现在通常采用沿着不同高度角进行多次观测的多航过圆周SAR模式来实现三维成像。针对多航过圆周SAR由于多航过稀疏并且非均匀采样而严重影响成像质量的问题,提出一种将BP算法和压缩传感算法(CS)结合的三维成像算法。该算法先利用BP算法实现每一次航过数据的二维成像,再利用压缩传感算法进行高度向聚焦,来改善高度向的聚焦质量,最后将实测数据成像结果和传统的三维BP算法的结果进行比较,证明该算法可以有效地抑制旁瓣,得到超分辨的三维成像结果。     

多航迹圆迹SAR三维联合稀疏成像方法

多航迹圆迹SAR具备三维成像能力,但受多次航迹观测,在高度向采样不足以及目标多角度观测散射特性变化等因素影响,多航迹圆迹SAR三维成像性能还需进一步提高,以满足后端目标解译的需求。文中综合利用成像场景在距离、方位和高度三个维度的稀疏分布特性,建立联合稀疏重构模型,实现高分辨率三维成像。进一步,针对建筑物等人造目标后向散射特性随角度变化剧烈的问题,采用分子孔径稀疏约束成像后进行子孔径非相干叠加的方式,以提高最终三维成像结果的信噪比等性能,在进行联合稀疏重构时采用分子孔径处理提高了目标的可解译度。Gotcha实测停车场数据中圆台Top-hat和Toyota Camry轿车的三维成像实验验证了方法的有效性。     

基于高分三号SAR数据的城市建筑高分辨率高维成像

传统合成孔径雷达(SAR)只能获取方位-距离二维图像,无法准确反映目标的三维散射结构信息.层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种多基线干涉测量模式,它将合成孔径原理扩展至高程向,除了可对目标进行二维成像之外,还可以准确恢复目标的高度向散射信息,真正实现三维成像.差分层析合成孔径雷达(D-TomoSAR)将合成孔径原理...     

基于误差控制的SAR投影失真快速校正算法

随着合成孔径雷达(SAR)技术的发展和广泛应用,为了更准确反映场景信息,几何校正成为SAR图像处理过程中的重要内容.文中根据机载SAR成像机理,分析了引起机载SAR图像几何投影失真的原因,并估算出其失真量,针对传统的非线性校正方法,提出了一种快速高效的基于误差控制的动态分段线性校正算法.该算法在保证SAR图像校正质量的前提下,通过控制SAR图像校正误差,用线性处理取代了非线性逐点运算,使得校正算法的计算复杂度大大降低.文中还从理论上推导出最佳的分段校正长度计算方法,可校正过程中动态调整分段长度,保证校正质量和运算效率.最后通过仿真试验验证了该文法的有效性和实用性.     

Downward looking sparse linear array 3D SAR imaging algorithm based on back-projection and convex optimization

Downward Looking Sparse Linear Array Three Dimensional SAR （DLSLA 3D SAR） is an important form of 3D SAR imaging,which has a widespread application field.Since its practical equivalent phase centers are usually distributed sparsely and nonuniformly,traditional 3D SAR algorithms suffer from low resolution and high sidelobes in cross-track dimension.To deal with this problem,this paper introduces a method based on back-projection and convex optimization to achieve 3D high accuracy imaging reconstruction.Compared with traditional SAR algorithms,the proposed method sufficiently utilizes the sparsity of the 3D SAR imaging scene and can achieve lower sidelobes and higher resolution in cross-track dimension.In the simulated experiments,the reconstructed results of both simple and complex imaging scene verify that the proposed method outperforms 3D back-projection algorithm and shows satisfying cross-track dimensional resolution and good robustness to noise.     

星载双站SAR地面场景回波仿真

双站SAR回波仿真利用小面单元模型和Kirchhoff双站后向散射模型,给出了地面场景后向散射系数的计算方法;为了保证双站SAR精确的相位信息,在时域中模拟双站SAR回波。根据实际的DEM数据进行了计算机仿真,对仿真数据进行成像和干涉处理,结果表明,该方法能够逼真地模拟地面场景的双站散射特性和相位信息。     

机载大斜视SAR的运动补偿方法

对机载大斜视的合成孔径雷达成像因速度变化引起的运动补偿方面的问题展开了研究 ,提出了大斜视角条件下运动补偿的方法 ,对其分别进行一次和二次相位补偿 ,并在进行方位压缩时考虑三次相位 ,其结果能较好地实现运动补偿。同时对补偿性能也作了分析 ,对基于运动参数估计的窄波束宽幅SAR成像算法进行了改进 ,增加一次和二次相位补偿的步骤 ,成为适用于机载大斜视SAR的成像算法     

典型线面目标合成孔径雷达参数化成像

在复杂场景(特别是城区场景)合成孔径雷达(SAR)遥感成像中,存在大量线、面目标,如城区中的道路和建筑物边缘等目标,这些线面目标微波散射信号方向性强。传统SAR从单一视角获取场景的散射信息,且传统成像算法均基于点目标模型,使得传统SAR图像中线面目标主要特征表现为一系列的强散射点,而非线散射特征和面散射特征,最终造成SAR图像中目标不连续,SAR图像解译困难。因此,该文通过建立典型线段、三角面元目标的参数化回波模型,对线面目标SAR成像机理进行了深入细致的研究;并基于提出的参数化模型对线面目标进行参数化成像,即首先基于贝叶斯理论和所提的参数化模型对典型的线面目标进行分类判决,随后采用再成像的方式获得有效表征线、面目标散射特征的SAR图像,为线、面目标SAR图像解译提供有效支撑。最后,数值仿真实验成功验证了所提算法的有效性和正确性。      

复杂轨迹合成孔径雷达后向投影算法图像流GPU成像

相对于基于傅里叶变换的频域成像算法,后向投影( BP)算法因采用时域逐点相干积累,更适合于复杂轨迹合成孔径雷达( SAR)高精度成像。但BP算法计算量巨大,限制了其应用于SAR大场景大数据量快速成像。图形处理器( GPU)具有强大浮点运算和并行处理能力,为大场景BP算法快速成像实现提供了途径。结合GPU并行处理,提出了一种基于图像流的复杂运动SAR大场景BP快速成像处理方法。该方法借助BP算法中图像像素点相互独立处理的特性,采用图像像素点并行及图像流程处理,设计了孔径与图像缓存调度方案,提高SAR大场景大数据BP算法成像效率。仿真和机载实测数据结果验证了方法的有效性,在有限GPU显存条件下实现了8192×8192大场景快速成像,并且成像加速比相对于传统CPU单线程处理可达300倍以上。     

INS/双天线弹载SAR组合弹体定位技术

 针对弹载景象匹配SAR应用中的弹体定位问题,提出了基于INS/双天线SAR的组合弹体定位技术,通过加装一部向下照射的天线系统,在对典型地物成像的同时实现了对弹体离地面高度的测量.首先介绍了其定位原理,然后推导了利用相对距离、多普勒和弹体高度的定位模型,给出了导弹高度测量误差对定位误差影响的关系式,针对不同的地形起伏,分别提出了基于迭代和地形匹配的弹下点高程误差消除方法,最后分析了双天线定位方法对雷达系统的要求.对典型场景的仿真表明,该定位方法相比利用INS高度通道数据和气压高度计进行定位误差明显减小.     

基于空间聚类种子生长算法的阵列干涉SAR点云滤波

阵列干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)通过在交轨向布置多个天线,结合方位向的合成孔径和斜距向的大带宽信号,具备了3维分辨能力,且多个阵元保证了其在高程向的空间采样,能够解决干涉SAR(Interferometric SAR, InSAR)测绘中的叠掩问题,实现观测场景的3维成像。但是获得场景区域的3维点云分布中存在较多杂点,高程向误差较大,所以传统的激光雷达(Light Detection And Ranging, LiDAR)点云滤波方法不适用于阵列干涉SAR点云的滤波处理。针对该问题,该文提出基于空间聚类种子生长算法的阵列干涉SAR点云滤波算法,应用密度和高程双重阈值生成密度-高程图像,通过图像处理手段去除小型杂点,利用空间聚类种子生长算法将植被等从点云数据中去除,完成点云滤波处理。利用国内首次机载阵列干涉SAR实验数据,通过与传统LiDAR滤波方法进行比较,验证了该文算法的有效性,为后续建筑物提取和精细化处理提供保障。      

针对SAR双通道对消的多站协同散射波干扰

合成孔径雷达(SAR)双通道对消技术可有效抑制单站散射波干扰,因此,文中提出对抗双通道对消系统的多站协同散射波干扰方法,结合补偿相位搜索和对消流程分别分析了多站同时工作和多站分时交替工作的干扰效果。沿方位向部署的多个干扰站可破坏SAR各通道接收干扰信号的原有相位关系,从而严重影响相位搜索结果和场景成像。理论分析与实验结果表明:多散射波干扰站同时工作时,可在对消成像中形成多个无法被消除的虚假散射场景,并伴随部分真实场景信息损失;多站分时交替工作时,可使得场景对消成像出现类似噪声的明暗斑,并且三站分时干扰效果优于双站。