一种基于频域子带合成的多发多收高分辨率SAR成像算法

针对传统单通道SAR系统无法同时实现方位向高分辨率和大测绘带宽的不足,该文研究了一种基于多载频LFM波形的方位多孔径MIMO SAR系统,建立了相应的几何模型,详细推导了其回波表达式,并提出了一种基于频域子带合成的MIMO SAR高分辨率成像算法.该算法将方位向多普勒解模糊,改进的距离向频域子带合成和CS成像算法相结合...     

基于自适应滤波的DPC-MAB SAR方位向信号重建

偏置相位中心方位多波束(DPC-MAB)SAR系统利用方位向多个子孔径同时接收回波,在PRF较低时根据多波束回波的相关性对其进行联合处理,实现方位向信号的重构,从而在保证高方位分辨率的同时增加测绘带宽。该文针对DPC-MAB SAR系统研究了基于波束形成理论的多普勒解模糊方法。传统非自适应的波束形成算法敏感于通道幅相误差以及各类噪声,而基于Capon算法的自适应最小方差无畸变(MVDR)最优波束形成器在多个模糊分量相关性较强时性能大大衰减,针对以往方法的局限性与不足之处,该文提出了一种改进的最小输出能量(MOE)波束形成算法,该算法首先利用多通道回波数据自适应的估计统计自相关矩阵,根据子空间投影理论对理想导向矢量进行修正,然后利用多重约束条件有效抑制相关模糊分量,解模糊性能明显提升。仿真实验和实测数据处理均验证了其有效性。     

基于时分MIMO的地基雷达高分辨率成像研究

基于时分多输入多输出(MIMO)的地基雷达成像有许多很好的应用价值,比如替代合成孔径雷达成像在山体滑坡监测方面的应用。针对基于时分MIMO的地基雷达高效高分辨率成像,该文提出一种基于逆傅里叶变换脉冲压缩和波束形成的成像算法。雷达通过步进频连续波技术获得高距离向分辨率,利用MIMO技术获得高方位向分辨率。通过逆傅里叶变换法实现雷达数据距离向压缩,采用波束形成算法实现雷达数据方位向压缩。同时该算法还针对MIMO天线阵列所引起的回波信号相位不连续问题进行了适当的校正,在保持算法高效性的同时提高了成像质量。根据真实的山体滑坡监测成像场景参数,通过数值仿真验证了该成像算法的可行性,应用在山体滑坡监测上理论效果良好。     

基于脉内波束指向的单相位中心多波束星载SAR系统接收端DBF处理

该文将单相位中心多波束(SPCMB)星载SAR系统与脉内波束指向相结合,有效地解决了传统SPCMB- SAR系统方位模糊较大的问题。该文推导了接收端方位向、距离向及2维联合数字波束形成(DBF)的处理方法,并归纳出先方位向DBF后距离向DBF,先距离向DBF后方位向DBF,以及2维DBF 3种处理流程。同时分析了该系统的主要系统参数,对比了3种处理流程的数据率和计算复杂度。仿真验证了3种处理方法的有效性,并通过模糊度分析证明采用该系统能降低方位模糊和距离模糊,有效实现高分辨率宽测绘带成像。     

前视多通道SAR自适应鉴别抑制欺骗干扰

前视多通道SAR成像存在回波左右模糊的问题,在成像时需要利用空域资源进行解模糊处理,使得其成像过程较一般侧视SAR更加复杂。在复杂电磁环境下,若要获得无干扰、不模糊的前视SAR图像,难度较大。该文提出一种基于方位向自适应波束形成(AADBF)技术的欺骗干扰自适应鉴别抑制算法。该算法首先采用AADBF技术对多通道接收回波信号进行地物相消,保留欺骗干扰样本。然后利用门限检测法在高分辨SAR图像上,鉴别出欺骗干扰的像素位置。最后,对存在干扰的像素点进行自适应空域滤波,从而达到抗欺骗干扰的目的。仿真结果表明,该方法能够有效地鉴别并抑制欺骗干扰,与此同时能够实现前视SAR无干扰聚焦成像。      

无人机载多普勒分集前视合成孔径雷达成像方法

前视合成孔径雷达(SAR)成像存在多普勒左右模糊的问题,需要利用空域资源进行解模糊处理。限于无人机(UAV)的载重与尺寸,接收阵列通常较小,解多普勒模糊的空域波束形成能力不足。此外,前视SAR回波方位多普勒梯度小、带宽窄,使得接收带宽未被充分利用。基于以上问题,该文提出多普勒分集前视SAR成像方法。该算法在前视SAR成像技术的基础上,利用多普勒分集MIMO技术,将多普勒窄带前视回波调制于不同多普勒中心以达到充分利用多普勒接收带宽的目的。进而,可获得一个数倍于真实接收阵列孔径的虚拟接收阵列,极大地扩展了接收通道,有效地改善了前视SAR成像解多普勒左右模糊的性能。     

星载多站方位多通道高分辨宽测绘带SAR成像

结合数字波束形成技术,星载方位多通道合成孔径雷达(SAR)系统可以克服最小天线面积限制,实现高分辨宽测绘带(High Resolution and Wide Swath, HRWS)SAR成像。结合多站SAR系统即可实现高分辨干涉合成孔径雷达(Interferometric SAR, InSAR)地形测绘。该文通过分析星载多站模式下各接收通道接收回波的信号模型,推导得到了其相对于参考接收通道接收回波的通用相位补偿公式,该公式同时补偿了由沿航向和垂直航向基线引起的相位误差,然后对基于最优Capon法的多相位中心解模糊成像的保相性进行了分析证明,由此得到了解模糊后每个方位时刻回波所对应的卫星轨道信息,为后续干涉处理及目标定位等奠定基础,最后利用地球椭球模型仿真的星载双通道多普勒模糊回波数据验证了该文方法的有效性。     

地基MIMO雷达快速成像算法研究

地基多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)成像雷达采用数字波束形成技术实现二维成像,具有成像速度快的技术优势。本文提出了一种适用于大景深、宽视角场景的地基MIMO雷达的快速二维成像算法。首先,根据MIMO雷达的阵列构型建立回波信号模型;其次,基于该模型补偿天线阵列近场空变性的相位中心近似(Phase Center Approximation, PCA)误差并进行数据重排,通过Kesytone变换校正距离徙动;然后,利用方位分块Dechirp处理实现方位向聚焦,实现MIMO雷达二维成像;最后利用MIMO雷达外场实验数据完成了算法验证。研究结果表明:在保证成像精度要求的情况下,该算法可以实现大景深、宽视角场景的高分辨快速成像,成像处理时间优于反向投影成像(Back Projection, BP)算法。      

MIMO SAR短时平移正交波形成像性能分析

MIMO SAR是解决高分宽幅问题的有效途径,其核心问题是如何设计相互正交的发射波形。研究表明,经典的相位编码、离散频率编码等MIMO正交波形不适合实际场景SAR成像,目标点附近区域的回波叠加后对主回波造成严重干扰,引起成像SNR的下降和图像质量的恶化。最近,德国DLR的Krieger教授提出了短时平移正交(short-term shift-orthogonal)波形的概念,结合距离向的波束形成可实现回波信号的有效分离,但未对其成像性能进行细致分析。文中从衡量SAR成像质量的具体指标出发,包括综合积分旁边比(ISLR)等,通过理论分析和仿真验证对比了短时平移正交波形和传统编码正交波形的SAR成像性能。     

基于矩阵束方法的星载MEB SAR俯仰向DBF处理方法

俯仰向数字波束形成(DBF)处理是距离向多波束体制(MEB)星载合成孔径雷达(SAR)系统实现较高分辨率、超宽幅成像的关键。但是,由于存在卫星姿态误差等因素的影响,星载MEB SAR系统的DBF接收波束指向会出现偏差,这将导致在对具有强散射体的区域(如存在船舶的海面、港口等区域)进行成像时会出现鬼影目标。针对这一问题,该文提出一种基于矩阵束方法的俯仰向DBF处理方法。首先对俯仰向通道回波数据进行匹配滤波处理,并根据预设阈值寻找强散射体的峰值位置;然后利用矩阵束方法准确估计强散射体的波达角;最后利用这些信息调整俯仰向DBF加权矢量,确保DBF接收波束指向正确,从而消除鬼影目标的干扰。仿真实验验证了该方法的有效性。     

非正交发射的宽域高分辨MIMO InSAR成像模式研究

MIMO InSAR具有比多基线InSAR更稳健和精确的地形高程重建能力,但其关键技术之一是在各阵元接收端分离出源自不同阵元发射信号的回波。现有正交信号正交性不足,依赖它们实现回波分离会产生严重回波间相互干扰。为此,该文提出了一种非正交发射的MIMO InSAR成像模式,该模式首先通过控制各阵元交替发射信号,使其主瓣回波交替出现在各脉冲重复周期,此时只需压低各阵元天线俯仰维旁瓣即可大幅降低回波间的相互干扰,从而避免回波分离对发射信号正交性的依赖。在此模式基础上,该文又引入基于方位向多通道处理的波束扫描技术以缓解交替发射时方位不模糊与距离不模糊之间矛盾,从而实现宽域、高分辨观测。仿真结果证明了该文MIMO InSAR成像模式的有效性。     

MIMO雷达近场成像校准与互耦合补偿方法

毫米波频段的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）因拥有良好的方位向分辨率而受到广泛关注,同时在发射端和接收端采用多根天线多输入多输出（Multiple?Input Multiple?Output, MIMO）的方式可以极大提高信道容量。然而MIMO?SAR图像重建计算较为复杂,且多个通道间幅相不一致和相互耦合容易导致图像出现伪影,严重影响成图质量。基于此,本文对引入非均匀快速傅里叶变换（Nonuniform Fast Fourier Transform, NUFFT）简化的距离迁移算法（Range Migration Algorithm, RMA）成像算法进行了研究;在分析扫描架运动抖动对相位影响的基础上,探究了通过照射金属反射面的MIMO阵列校准方法,实现了192个通道的同时校准;并搭建了毫米波SAR系统实验平台,对伪影消除、成像分辨率等开展了验证实验。实验结果实现了图像重构,成像分辨率达到了2 mm,完成200 mm×200 mm孔径扫描时间缩短至120 s。     

利用子阵处理提高天基SAR的性能

未来天基SAR向大场景区域、高分辨率方向发展．不仅要求监视大场景区域内的固定目标，而且要求能够同时对其中的运动目标进行指示。利用多个接收子阵并结合文中提出的空时处理方法，可同时实现大观测带、高分辨率SAR成像和地面运动目标检测。     

步进正负调频信号实现MIMO SAR距离高分辨

带宽合成技术通过多子带步进调频信号的数据融合实现距离向超高分辨。单相位中心顺序收发的模式对系统PRF要求较高,在星载条件下不利于实现高分大测绘带成像。文章对基于多发多收（MIMO）SAR系统的子带并发体制进行研究,详细阐述该体制下子带信号合成的方法,指出带宽合成前必须对相位中心的位置差异进行校正,针对子带串扰带来的虚像问题,首先对其出现机理进行详细分析,最后提出应用步进正负调频信号的方法,在距离压缩后进行子带合成,在实现距离高分辨的同时进一步抑制虚像峰值,仿真结果验证了方法的有效性。      

SAR图像边缘混叠现象研究

针对SAR图像边缘混叠现象,本文从SAR数据接收机理及数据处理方式上分析了这种混叠现象的起因。分析发现,这种混叠现象与SAR接收数据信号特性及线性调频信号匹配压缩特性有关。与截短的线性调频信号的匹配压缩结果相似,SAR实际数据方位向、距离向起始位置和结束位置附近的目标回波数据被截断,因此对任意一部以线性调频信号为发射信号的SAR系统,其所得成像处理结果总会出现图像边缘混叠现象,且混叠区域大小正好为方位向和距离向上的半个脉冲持续时间的采样点。RADARSAT-1数据及线性调频信号的处理结果验证了上述结论的正确性。最后,本文给出选择无混叠SAR图像的两种方法。      

MIMO Radar Space–Time Adaptive Processing Using Prolate Spheroidal Wave Functions

In the traditional transmitting beamforming radar system, the transmitting antennas send coherent waveforms which form a highly focused beam. In the multiple-input multiple-output (MIMO) radar system, the transmitter sends noncoherent (possibly orthogonal) broad (possibly omnidirectional) waveforms. These waveforms can be extracted at the receiver by a matched filterbank. The extracted signals can be used to obtain more diversity or to improve the spatial resolution for clutter. This paper focuses on space-time adaptive processing (STAP) for MIMO radar systems which improves the spatial resolution for clutter. With a slight modification, STAP methods developed originally for the single-input multiple-output (SIMO) radar (conventional radar) can also be used in MIMO radar. However, in the MIMO radar, the rank of the jammer-and-clutter subspace becomes very large, especially the jammer subspace. It affects both the complexity and the convergence of the STAP algorithm. In this paper, the clutter space and its rank in the MIMO radar are explored. By using the geometry of the problem rather than data, the clutter subspace can be represented using prolate spheroidal wave functions (PSWF). A new STAP algorithm is also proposed. It computes the clutter space using the PSWF and utilizes the block-diagonal property of the jammer covariance matrix. Because of fully utilizing the geometry and the structure of the covariance matrix, the method has very good SINR performance and low computational complexity.     

基于干涉图的星载MIMO-SAR动目标检测

受动目标径向速度影响,星载多输入多输出合成孔径雷达(MIMO SAR)等效通道回波模型中将引入周期误差信号的调制,进而导致动目标方位像存在“假峰”效应,其会增加动目标检测的虚警。基于ATI(along track interferometry)干涉图,提出一种星载MIMO SAR动目标检测方法。可在不补偿误差信号的前提下,先通过调节系统参数降低动目标“假峰”幅值,进而经干涉处理用杂波去弱化“假峰”干涉相位,最后利用ATI干涉图幅度和相位的联合处理实现动目标检测。数值试验验证了方法的有效性。      

基于子孔径方法的机载SAR实时处理

分析了SAR成像过程中方位压缩的机理,提出了基于方位子孔径处理的机载SAR实时成像算法。该算法将方位压缩过程划分为多个方位子孔径的压缩,然后通过子孔径压缩结果的合成以完成方位压缩,整个过程基于快速傅里叶变换通过串行流水的方式实现。实录数据的成像实验表明,该算法能有效地克服实时成像中长合成孔径带来的困难,获得比较满意的成像质量。     

Efficient Spotlight SAR MIMO Linear Collection Configurations

We describe how a family of synthetic aperture radar (SAR) platforms flying linearly and transmitting mutually orthogonal waveforms at a common pulse repetition frequency (PRF) constitute a multiple-input multiple output (MIMO) radar system that reduces time spent collecting a SAR image and quantify the efficiency of such sensor configurations. We give efficient collection configurations for up to 15 platforms as well as asymptotically optimally efficient sequences of configurations.