一种新的大斜视TOPS SAR全孔径成像方法

针对大斜视模式导致回波信号距离向和方位向耦合严重,循序扫描地形观测模式波束指向的变化导致全孔径回波信号的方位带宽大于系统脉冲重复频率,引起方位谱模糊的问题,提出了一种基于修正距离徙动算法和方位谱分析的全孔径成像算法.对于全孔径数据,首先通过方位预处理获取信号无模糊的二维频谱,然后采用修正距离徙动算法进行距离徙动校正,最后通过谱分析技术和方位去斜技术将信号聚焦在方位频域.仿真实验和实测数据结果验证了该算法的有效性.     

Improved chirp scaling algorithm integrated motion compensation for parallel-track bistatic synthetic aperture radar

To compensate motion errors of images from the parallel-track bistatic synthetic aperture radar ( BiSAR),an improved chirp scaling algorithm (CSA) is proposed.Since velocity vector of the moving aircra...     

高低轨异构双基地SAR改进CS成像算法

针对地球同步轨道卫星发射-低轨道卫星被动接收的异构双基合成孔径雷达系统中,由于收发时延长和接收机速度快导致的“走-停”假设不成立,复杂成像几何下回波信号在距离向和方位向具有严重空变性的问题,提出一种基于二维时域扰动的改进线性调频变标成像算法．首先基于双基观测几何推导出非“走-停”假设下的信号模型;然后通过时域扰动的方法校正回波二维空变性;最后对残余相位进行补偿．仿真实验表明,该算法可实现高低轨双基合成孔径雷达高分辨率宽幅场景的良好聚焦,且具有很好的保相性能．     

Motion compensation approach for airborne bistatic SAR imaging

In airborne bistatic synthetic aperture radar (BiSAR) imaging, not only the motion error of the airborne platform, but also the inaccuracy of data acquisition geometry will introduce an additional phase error that seriously degrades the focusing quality of the final image. For one-stationary BiSAR imaging, the influence of the inaccurate geometry is analyzed in detail and an applicable motion compensation approach is proposed. By using Doppler rates estimation, the phase error both from the motion error and the inaccurate geometry is appropriately compensated so that the focusing quality of the final image is consequently improved. Analyses of acquired raw data are presented to verify the proposal.     

结合隐函数导数方法的平行等速双基SAR成像

由于双基合成孔径雷达回波信号中,其斜距历程为两个根号和,故信号在二维频率域或者距离多普勒域的表达式无法通过驻定相位点原理解析得到.针对这个问题,将此驻定相位点表示为方位频率的泰勒级数,并且称该方法为隐函数导数法.通过代数计算,可以得到平行等速双基合成孔径雷达构型下的二维频谱.应用该方法,可以将斜距历程中的双根号变成单根号,这对后续的成像算法是有帮助的.然后,基于这个频谱,改进的距离多普勒算法被用于处理平行等速双基合成孔径雷达数据,同时得到相应的成像处理结果.仿真实验和实测数据处理验证了该处理方法的有效性.     

Image Combination Analysis in SPECAN Algorithm of Spaceborne SAR

An analysis of image combination in SPECAN algorithm is delivered in time-frequency domain in de-tail and a new image combination method is proposed. For four multi-looks processing one sub-aperture data in every three sub-apertures is processed in this combination method. The continual sub-aperture processing in SPECAN algorithm is realized and the processing efficiency can be dramatically increased. A new parameter is also put forward to measure the processing efficient of SAR image processing. Finally, the raw data of RADARSAT are used to test the method and the result proves that this method is feasible to be used in SPECAN algorithm of spaceborne SAR and can improve processing efficiently. SPECAN algorithm with this method can be used in quick-look imaging.     

一种改进的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达作为新体制激光雷达,可以实现对目标的高分辨率的成像。微波波段的合成孔径成像雷达所采用的回波信号模型已不能用在合成孔径激光雷达系统,传统的距离多普勒算法亦得不到较高的成像分辨率。提出一种改进的合成孔径激光雷达的成像算法,在对合成孔径激光雷达回波信号特征分析的基础上,对经过了光外差探测的回波信号进行脉冲压缩并基于时间作傅里叶变换,构建一个补偿因子,最后通过距离徙动校正实现对被测目标的高分辨率二维成像。采用了仿真实验的方法验证了此方法的可行性。     

一种新的斜视波束指向SAR信号处理方法

针对斜视波束指向合成孔径雷达(BS-SAR)信号时,存在距离向与方位向的强耦合性及方位频谱的模糊问题,提出了一种基于方位重采样的信号频谱处理方法．线性距离走动校正后对信号频谱进行方位向重新采样,将其完全等效为正侧视合成孔径雷达信号的频谱．针对斜视BS-SAR,将方位重采样与谱分析技术相结合,得到无模糊及方位空变的二维频谱;再采用传统的正侧视BS-SAR算法,实现对场景的聚焦．仿真实验表明,文中方法可以有效应用于斜视BS-SAR的数据处理中．     

基于GPS信号的双基地SAR成像方法研究

对基于导航信号的合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）成像方法进行了研究,主要是在星载一机载双基地配置情况下,利用GPS（global positioning system）卫星信号作为照射源,机载接收机接收点目标回波,通过距离向和方位向的压缩处理进行点目标成像。不同于线性调频信号,导航信号是扩频信号。研究了该信号的距离压缩方法,并给出一种方位压缩的实用方法,较好地达到方位压缩效果：利用Matlab工具进行了多点目标回波和成像算法的仿真。仿真结果表明：利用导航信号可以构成双基地SAR成像系统。     

基于DPCA-FrFT算法的SAR运动目标参数估计

在双通道的工作模式下,结合DPCA技术和分数阶傅立叶变换实现了对SAR运动目标的定位和两个方向(方位向和地面距离向)上速度的估计。首先建立了双通道SAR系统对运动目标的回波信号模型,阐述了动目标DPCA信号为线性调频信号这个特点,并且根据这个特点采用了分数阶傅立叶变换对其进行检测和参数估计。由于DPCA技术具有良好的杂波对消功能以及FrFT对chirp信号的良好检测效果,在不同信噪比情况下,DPCA-FrFT算法都能有效地抑制静止背景、获得良好的测速和定位效果。仿真结果证明了该算法的正确性和有效性。     

一种新的步进频MIMO-SAR带宽合成的处理方法

针对步进频多发多收合成孔径雷达通道间存在相位误差影响距离带宽合成的问题,提出了一种基于回波数据的通道误差估计的两步处理方法．首先,提出一种距离向相位调整的对比度增强算法来估计子带内高阶相位误差,通过补偿得到聚焦的子带信号; 接着,对子带信号进行上采样和频谱移动,建立了一种旁瓣平衡模型,并推导得到旁瓣偏离率和常数相位误差的关系表达式,将实测数据的旁瓣偏离率代入便可计算得到通道间的常数相位误差．通过以上两步估计补偿后,在频率域完成步进频信号带宽合成,实现分辨率的提升．对实测数据进行处理,得到0.06m的距离分辨率,并对补偿前后合成孔径雷达成像结果进行对比分析,验证了该方法的正确性和高效性．     

联合误差估计的机载超高分辨率SAR成像

针对机载超高分辨率合成孔径雷达存在运动误差严重影响成像质量的问题,提出一种联合误差估计的超高分辨率成像方法。首先,依据合成孔径雷达成像几何,将惯导投影到斜距平面坐标系,反演出运动误差,通过插值运算完成距离空变粗补偿;接着,为了有效结合运动补偿,采用改进施托克插值的距离徙动算法完成徙动校正;利用子孔径误差相位提取和全孔径拼接的方法,完成运动误差的精估计和补偿;采用图像偏移算法实现残余方位空变误差相位估计和补偿。完成以上徙动校正和运动补偿后,对方位全孔径数据进行匹配滤波,得到超高分辨率合成孔径雷达成像结果。采用所提算法对机载X波段和Ku波段实测数据进行成像,得到二维0.05m超高分辨率成像结果,验证了该方法的有效性和实用性。     

椭圆轨道GEOSAR特性分析及成像方法研究

建立了同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR)的椭圆轨道模型,对其特殊的运动特性进行了分析,重点研究了椭圆轨道条件下目标的多普勒特性．针对卫星姿态误差对多普勒参数的影响从而导致成像质量下降的问题,通过推导存在姿态误差情况下的多普勒参数表达式,发现在GEOSAR中俯仰角和横滚角对多普勒参数的影响比较大,为了保证成像质量,应尽量提高俯仰角和横滚角的测量精度,并控制它们的扰动．最后针对GEOSAR非线性运动给成像带来的困难,对SPECAN算法、结合运动补偿的RD算法和后向投影算法进行了比较和分析,证明了这3种成像方法在GEOSAR中的可行性．计算机仿真结果验证了分析结论的正确性和成像算法的有效性．     

利用SPECAN算法的聚束SAR成像处理

讨论了距离向去调频聚束模式SAR信号的回波模型及特点,通过对聚束SAR信号的时、频域关系的分析,给出了适合去调频后的聚束SAR数据的成像算法。该算法结合了SPECAN算法高效和标准条带成像算法精确的优点,首先采用SPECAN算法对原始数据距离向去斜,其次采用距离-多普勒算法实现方位精确聚焦,与传统的距离-多普勒算法相比,成倍地降低处理的数据量,从而可实现聚束SAR的实时成像处理。对Ku波段实际飞行数据采用该算法压缩得到高分辨率的图像,验证了理论分析的正确性和所用方法的可行性。     

Weighted eigenvector method for sparse-aperture ISAR phase error correction

The traditional eigenvector method for autofocus can not obtain ideal results in low-SNR (signal-to-noise ratio) cases, because the contribution of the signal in different range bins to the final signal differs greatly. Thus, a weighted eigenvector method for ISAR(inverse synthetic aperture radar) phase error correction is proposed by adding different weights to each range bin according to its SNR. The method can not only deal with normal ISAR signals, but also can handle evenly under-sampled or block sparse, even unevenly sparse data. Finally, actual data processing results confirm the validity of the proposed algorithm.     

2-D Doppler shift-frequency intermittent sampling jamming against SAR

To generate the false targets in the desired area accurately, a novel two dimensional(2-D) intermittent sampling jamming algorithm against synthetic aperture radar(SAR) is presented. The intercepted radar signals are processed via 2-D intermittent sampling and Doppler shift-frequency and retransmitted to radar. Hence, the false target-lattice emerges in the specified area. The generation mechanism, position and distribution characteristics of false target-lattice are discussed. Meanwhile, the reason for the asymmetric amplitude of the target false-lattice and the modulation factor of energy compensation are presented. The correctness of theoretical analysis and validity of the proposed algorithm are verified through simulation experiments. Compared with conventional methods, the critical requirement of the jammer position can be reduced by the proposed method.     

Improved Ship Target Detection Accuracy in SAR Image Based on Modified CFAR Algorithm

基于修正CFAR算法的高精度SAR图像舰船目标检测

王勇,郭天骄

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院,哈尔滨 150001)

创新点说明：

本文基于舰船目标实测数据SAR成像结果,提出一种新的二维SAR图像舰船目标检测算法,具体创新性可说明如下：

1）首先使用Otsu算法大致确定舰船目标的大小,进而自适应地确定CFAR滑动窗的尺寸,使算法更有普适性。

2）介绍了CFAR算法的改进形式,在提高运算速度的同时大大提升了检测效率。

3）所用的综合算法包含了形态学分割算法,解决了传统Otsu、CFAR算法不能处理多目标融合、角反射过强等问题,降低了漏警概率。

研究目的：

传统CFAR舰船检测算法效率低、无法根据图像分辨率和舰船目标大小来确定滑动窗大小,而且无法解决多目标融合等问题,基于此,本文设计一种综合算法可解决基于SAR图像的舰船目标检测问题。

研究方法：

1）对图像进行Otsu二值分割处理,量取分割后的每个区域的尺寸;

2）采用改进的CFAR算法,将积分运算简化为求和迭代运算,将阈值初始化为二倍窗内灰度值均值,窗大小根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定;

3）对经过CFAR算法后的图像进行形态学开运算处理。开运算算子采用一条线段,长度同样根据Otsu算法分割后的每个区域的长宽来确定。

结果：

1）说明了SAR图像进行Otsu处理后的图像特点,以及Otsu算法可以迅速获得舰船目标大小的优点。

2）给出了改进的CFAR算法的计算流程,此算法能够根据上一步估计的舰船目标大小来调整滑动窗大小,计算高效迅速,而且比较精确。

3）采用形态学开运算算法,并能根据Otsu算法分割后的每个区域大小来确定开运算算子,开运算处理后融合的多目标彼此分离,强角反射得到了去除,降低了漏警概率和虚警概率。

结论：

对于一幅含有舰船目标的SAR图像,可以通过Otsu、CFAR、开运算处理来进行舰船目标检测,降低漏警概率和虚警概率,提高算法的普适性和精确性。此外,通过对CFAR算法改进可大大提升运算效率。本文的研究结果对SAR舰船目标检测算法的实际应用奠定了良好的理论和实验基础。

关键词：舰船检测,Otsu算法,恒虚警检测,开运算

     

一种匀加速空间目标高分辨距离像补偿算法

提出了基于立方相位函数参数估计的空间目标运动补偿方法,并推导得到了速度和加速度估计的克拉美-罗界,对该算法的估计性能进行了对比和分析．仿真表明,该方法可以在较低信噪比下实现速度和加速度的估计以及高分辨一维距离像的运动补偿,更有利于后续的ISAR成像和目标识别．     

多视角ISAR成像研究

提出了多视角逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法,对不同视角回波数据子孔径内部与外部分别选用不同对齐基准的方法进行包络对齐,然后采用多特显点综合法进行自聚焦．对各个视角接收信号融合,给出了一种参数化方法与非参数化方法相结合以进行稀疏孔径外推的算法,经外推后通过方位向FFT得到目标ISAR图像,该算法可有效应用于合成孔径雷达稀疏孔径成像．     

Accelerated time domain imaging algorithm and its autofocus approach

The measurement accuracy of a navigation system is inadequate for airborne synthetic aperture radar (SAR). This may seriously degrade the image quality. In this paper, we propose an accelerated time domain (ATD) imaging algorithm combined with the autofocus method. By introducing the global pseudo polar coordinate (GPPC), we construct the Fourier transform pair (FTP) relationship. Then, the weighted least square phase gradient autofocus (WLS-PGA) algorithm is adopted to implement accurate phase error compensation. This method uses fast Fourier transform to implement sub-image fusions instead of time-consuming two-dimensional interpolation. Also, it has good compatibility with the high-accuracy autofocus algorithm to estimate the residual motion errors within the radar echoes and to obtain a well-focused image.