基于Keystone变换和扰动重采样的机动平台大斜视SAR成像方法

加速度和下降速度的存在使机动平台大斜视SAR的成像参数存在明显的2维空变性,严重影响场景的聚焦深度。针对这个问题,该文提出了一种基于Keystone变换和扰动重采样的机动SAR成像方法。首先,通过距离走动校正和去加速处理实现距离方位解耦以及方位频谱去混叠,然后采用方位时域的Keystone变换校正空变的距离徙动;在方位压缩过程中,通过引入时域的高阶扰动因子去除多普勒参数的2阶及3阶方位空变性,然后通过方位频域的重采样处理去除多普勒参数的方位1阶空变性。所提方法能够有效校正距离徙动轨迹和方位聚焦参数的2维空变性,实现机动平台大斜SAR的大场景成像,仿真分析验证了所提方法的有效性。     

一种改进的大斜视小孔径SAR距离多普勒成像法

首先,分析了大斜视下小孔径SAR回波距离徙动的特点,其距离走动的影响远大于距离弯曲,可忽略距离弯曲和距离展开的高次项;然后,提出一种基于Keystone变换和秩亏Capon法改进的距离多普勒成像法.利用Keystone变换进行距离走动校正,可避开斜视角精确测试的难题.针对较少的方位向采样数据,利用非对角加载的秩亏Capon法进行方位脉压,可提高方位分辨率,获得高效的SAR成像.     

基于三维等距球体解析模型的俯冲段大斜视SAR成像算法

当合成孔径雷达(SAR)工作在俯冲段大斜视模式时,面临着斜视角沿距离向空变、距离-方位耦合严重以及3维速度与加速度带来扰动等问题,导致回波存在着严重的距离徙动(RCM)和多普勒相位的2维空变.针对这些问题,该文构建了一种用于精确描述俯冲段大斜视SAR回波距离-方位空变特性的3维等距球体解析模型.基于该模型,提出一种去除方位空变残余高阶RCM的校正方法,并重新推导了去除多普勒相位方位空变的频域拓展非线性变标(FENLCS)方法,结合子孔径处理方式解决了SAR工作在俯冲段大斜视模式下所面临问题.理论分析和仿真结果证明,该文构建的模型对于回波的距离-方位空变特性有着更精确的描述,且所提算法具有更好的成像效果.     

基于三维等距球体解析模型的俯冲段大斜视SAR成像算法

当合成孔径雷达(SAR)工作在俯冲段大斜视模式时,面临着斜视角沿距离向空变、距离-方位耦合严重以及3维速度与加速度带来扰动等问题,导致回波存在着严重的距离徙动(RCM)和多普勒相位的2维空变。针对这些问题,该文构建了一种用于精确描述俯冲段大斜视SAR回波距离-方位空变特性的3维等距球体解析模型。基于该模型,提出一种去除方位空变残余高阶RCM的校正方法,并重新推导了去除多普勒相位方位空变的频域拓展非线性变标(FENLCS)方法,结合子孔径处理方式解决了SAR工作在俯冲段大斜视模式下所面临问题。理论分析和仿真结果证明,该文构建的模型对于回波的距离-方位空变特性有着更精确的描述,且所提算法具有更好的成像效果。     

并行机载双站斜视SAR ELBF-CS成像算法

论文建立了并行机载斜视双站SAR的结构模型和信号模型,用收发载机多普勒贡献比为加权系数推导了点目标回波的扩展Loffeld频谱公式(ELBF)。在二维频域内补偿双站扭曲项,然后对剩余相位项做Taylor展开,利用Chirp Scaling(CS)方法,推导了并行机载双站斜视SAR的ELBF-CS成像算法。双站结构参数及双站扭曲项的距离向空变性用回波数据的距离向分块处理,推导了数据分块条件,由此可以实现宽场景成像。算法基于更精确的ELBF,并用CS方法校正点目标距离徙动,处理流程更简单,成像效率更高,仿真验证了本文算法处理并行机载双站斜视SAR数据的有效性。     

斜视SAR原始回波数据频域模拟快速算法

针对合成孔径雷达斜视模式下,传统的二位频域快速算法难以精确模拟出斜视SAR距离徙动及空变特性的问题,提出一种高效的斜视SAR回波原始数据二维频域快速算法,该算法通过去走动处理将多普勒中心搬移到零多普勒处,重新推导了去走动后的系统传递函数,在距离频域-方位时域上模拟了距离走动和回波的空变特性,并保证了回波数据的准确性。通过仿真分析表明,本算法在保证斜视SAR回波数据的模拟精度的基础上,计算效率远高于时域算法以及沿距离向积分算法。     

机载串行双站斜视合成孔径雷达ELBF-CS成像算法

在机载串行双站斜视合成孔径雷达模型基础上,用收发载机多普勒贡献比为加权系数推导了点目标回波的扩展Loffeld频谱公式（ELBF）。以场景中心点目标双站扭曲项近似场景中各点目标双站扭曲项,再对频谱公式中剩余相位项做Taylor展开推导距离变标因子,构建了基于ELBF的串行机载双站斜视SAR的chirp scaling (CS)成像算法。算法在二维频域内补偿双站扭曲项,利用CS方法校正点目标距离徙动得到成像结果。考虑到双站回波距离空变性的影响,分析了宽场景成像数据距离向分块的准则。算法基于更高精度的点目标二维频谱公式,用CS方法提高成像效率,成像处理过程更简捷高效,最后通过仿真验证了算法在处理串行机载双站斜视SAR数据的有效性。      

基于方位谱分析的斜视TOPS SAR子孔径成像方法

斜视TOPS SAR成像处理需要解决3大问题:方位频谱混叠,距离和方位耦合严重,方位输出时域混叠。针对上述问题,该文提出一种基于谱分析的子孔径成像处理方法。首先对子孔径数据在时域适当进行扩展并获取无模糊的2维频谱,然后采用修正的距离徙动算法进行距离徙动校正和距离脉冲压缩,最后在方位频域对子孔径信号进行拼接处理,获得全孔径信号无模糊的方位频谱并结合谱分析技术将信号聚焦在方位频域。仿真结果验证了该算法的有效性。     

大场景高分辨率星载聚束SAR修正ω-k算法

基于等效斜视模型,该文给出了一种大场景高分辨率星载聚束SAR修正ω-k算法。针对大场景高分辨率星载SAR精确成像的需要,利用等效速度沿距离向的变化规律,改进了经典ω-k算法中的Stolt插值变换,实现了考虑等效速度的距离空变性的精确距离徙动校正。基于改进的Stolt插值,推导得到了沿距离向的成像指标一致的修正ω-k成像算法。仿真结果验证了该文成像算法的有效性。     

俯冲段大斜视SAR子孔径成像二维空变校正方法

俯冲合成孔径雷达(SAR)常采用大斜视子孔径成像来满足平台机动性和处理实时性;而大斜视模式下距离方位的严重耦合、斜视角沿距离向的空变及3维速度和加速度的存在会导致距离包络和方位相位的2维空变,严重影响成像质量。针对这些问题,该文提出一种新的两级频域滤波算法,在预处理后,首先引入第1级频域滤波因子以校正距离包络沿方位位置的空变以实现距离徙动统一校正,然后采用第2级频域滤波校正方位多普勒参数的空变实现方位相位统一聚焦。仿真实验验证了该算法的有效性。     

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。      

基于局部直角坐标和子区域处理的弹载SAR频域成像算法

针对弹载SAR平台非直线轨迹运动和大斜视成像的特点,该文提出一种基于局部直角坐标和子区域处理的频域成像算法。对大斜视成像模式,采用局部直角坐标系建模的方法,使距离走动校正后的方位信号具有更高的近似精度;为精确补偿包络和相位的方位空变,采用子区域成像的方式,可显著提高场景边缘处的聚焦质量;将各子区域图像校正至统一的地面坐标系下,即可得到最终的SAR图像。点目标仿真和实测数据验证了所提算法的有效性。     

米波双基地雷达长时间相参积累算法

四代机目标具有隐身、高速、高机动等特点,传统雷达对其检测失效。针对这一问题,本文结合米波雷达和双基地雷达的优势,研究了米波双基地雷达的四代机目标检测特性。首先给出了米波双基地雷达目标回波信号模型,并对距离徙动和多普勒徙动特性进行了分析;在此基础上,提出了基于Keystone变换的米波双基地雷达长时间相参积累算法。该算法在距离频域-方位时域利用Keystone变换补偿距离徙动,并利用FFT实现长时间相参积累。最后,Monte Carlo仿真实验验证了所提算法的有效性。本文所提算法为四代机目标检测提供了新的技术途径。      

基于频率轴反转的机动目标距离徙动补偿方法

机动目标在长时间积累时间内发生严重的距离徙动与多普勒徙动,影响雷达对目标的检测性能.针对该问题,该文提出一种基于频率轴反转变换与广义自相关变换的机动目标检测与高阶运动参数估计快速算法.首先在距离频域利用频率轴反转变换校正距离徙动,信号变为立方相位信号;然后利用广义自相关变换与广义变尺度傅里叶变换实现信号降阶与参数非搜索估计;最后利用估计参数对原始信号解调频,并完成目标能量的积累.与现有的Keystone,广义Radon-Fourier变换,Radon-吕分布和Radon-分数阶傅里叶变换相比,本文方法可以快速校正距离徙动,实现非搜索的目标参数估计,达到低计算复杂度与检测性能的折中.仿真实验表明,该方法可有效完成机动目标的检测与参数估计.     

一种无源雷达高速机动目标检测新方法

针对无源雷达中高速机动目标在积累时间内出现距离和多普勒徙动,导致检测性能恶化的问题。该文建立了目标信号模型,提出一种基于Keystone变换结合傅里叶变换分段计算的高速机动目标检测方法,通过信号重叠分段划分快时间和慢时间,利用Keystone变换校正径向速度差的距离徙动,再对慢时间进行二次分段,并结合傅里叶变换的分段计算完成径向加速度差的距离和多普勒徙动校正,实现信号相参积累和目标检测。仿真和实测数据结果验证了该方法的有效性。     

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。      

基于FPGA的星载SAR成像信号处理技术

通过现场可编程门阵列(FPGA)设计并实现星载合成孔径雷达(SAR)成像处理,能够完成对多种模式星载SAR回波数据的高速处理。该文搭建的成像处理系统以子孔径极坐标格式算法(PFA)为核心,首先,在精确的多普勒中心频率估计基础上,采用基于尺度变换原理的距离向处理(PCS)与方位向高精度sinc插值级联的算法处理流程实现子孔径数据域重采样,极大地提升了处理精度与运算效率;然后,对各子孔径图像进行辐射校正消除扇贝效应,并采用加权平均算法获得了全孔径拼接图像;最后,基于Sentinel-1卫星实测数据对本系统进行了验证和分析,在系统工作频率200 MHz情况下,能够在5.92 s内实现8 192×8 192像素点的32位单精度浮点成像处理,实测数据成像结果验证了该系统的有效性,从而为实时处理奠定了技术基础。     

基于二维空变运动补偿的机动平台大斜视SAR稀疏自聚焦方法

大斜视角和空间3维加速度的存在使机动平台SAR的运动误差具有明显的2维空变性,极大地增加了成像难度。为此,该文提出了一种基于2维空变运动误差估计与补偿的稀疏自聚焦方法。该方法基于Keystone变换和频域相位滤波法构造了能够校正成像参数空变性的频域近似观测算子。在自聚焦过程中,首先,构建基于频域近似观测算子的稀疏自聚焦模型并采用迭代软阈值方法(ISTA)进行求解,从而实现图像的粗聚焦和非空变运动误差的估计;然后,采用稀疏自聚焦模型估计多个子区域的精确相位误差曲线,并基于最小二乘法估计空变的运动误差参数;最后,通过对近似观测算子的修正实现空变运动误差的补偿。仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种频率步进雷达目标运动参数估计方法

为实现低信噪比下目标的精确运动补偿,提出基于Keystone变换和Morlet小波变换的方法估计低信噪比下目标速度和初始距离参数。在分析频率步进雷达运动目标回波信号基础上,首先采用Keystone变换法去除回波信号高次相位项,然后对回波信号做IFFT运算,再进行FFT 操作,便可得到距离-速度二维参数谱。考虑低信噪比对参数估计的影响,文中将距离维参数谱通过Morlet小波变换去除噪声,进而获得目标运动参数的精确估计。最后计算机仿真实验进一步说明了该方法的有效性。