基于频谱偏移估计提高距离向分辨率处理算法的误差分析

基于频谱偏移估计算法是一种分布式小卫星合成孔径雷达(Distributed Small Satellite Synthetic Aperture Radar,简写为DSS-SAR)提高距离向分辨率的数据处理方法,它实现过程简洁、数据量小.从基于频谱偏移估计算法的实现过程知道,其性能主要受到频谱重叠和频谱偏移估计误差的影响,本文着重研究这两种误差因素对由该算法处理得到的合成图像质量的影响.分别推导了存在频谱重叠和频谱偏移估计误差时合成图像的数学表达式,分析了它们对合成图像质量的影响,提出了:1.频谱重叠主要引起合成图像中点目标旁瓣抬高;2.频谱偏移估计误差主要引起合成图像中点目标主瓣衰减和旁瓣抬高.利用点目标仿真验证了理论分析的正确性.最后根据误差分析结果,对基于频谱偏移估计算法的实现提出了改进的建议.     

利用频谱合成实现分布式SAR高分辨力成像

该文主要研究了利用频谱合成实现分布式SAR高分辨力成像的方法。在分布式SAR系统中,不同卫星对同一地域观测时,其距离向频谱及方位向频谱均具有一定的相对频谱偏移。利用该频谱偏移进行频谱合成形成较宽的距离向频谱及方位向频谱,从而提高系统的距离向分辨力及方位向分辨力。在频谱合成过程中可首先利用INSAR技术估计出多幅图像的相位差,再利用该相位差进行相位校正、图像合成即可形成具有较高分辨率的图像。该文对这一方法进行了理论分析,并给出了仿真结果。     

用星载寄生式SAR提高空间二维分辨率的信号处理

星载寄生式SAR(Synthetic Aperture Radar)是分布式小卫星SAR的一种典型形式.本文用数学推导的方法,以统一的形式给出了提高距离和方位分辨率的原理公式,公式表明:提高距离和方位分辨率的原理能以二维地面散射谱在距离维和方位维的频谱偏移这一统一的观点来解释,进而可一并考虑并同时实现.基于此提出一种提高系统空间分辨率的实现方法,同时考虑了固定相位差和两个方向的频移,可直接合成多幅图像.实现中充分考虑了图像频域支撑区的规则分布问题,以保证获得时域高质量图像.仿真验证了该方法的有效性.     

基于频谱偏移的GEO星机多基SAR提高距离分辨率方法

该文给出了发射端固定的单发多收地球同步轨道(GEO)星机多基SAR几何模型,推导了不同接收端回波之间的频谱偏移.基于该频谱偏移,提出了通过合成不同接收端的频谱实现提高距离分辨率的方法.详细分析了谱合成过程中产生的重叠干扰项,及其对距离分辨率的影响,并提出了权值滤波的方法进行抑制.最后通过仿真验证了方法的有效性.     

电离层对P波段星载SAR信号距离特性的影响

P波段星载合成孔径雷达(SAR)因其穿透特性而受到关注,但是电离层中的自由电子对P波段星载SAR电磁波的传播有较大影响。文中结合工程适用的电离层电子浓度剖面模型,分析了背景电离层电子浓度随时空变化将会引起SAR图像距离向的偏移,同时电离层的色散效应会导致SAR压缩后的波形展宽,使距离向的分辨率变差。仿真结果为P波段星载SAR系统设计提供依据。     

基于频带分割法反演电离层TEC参数

星载合成孔径雷达(SAR)系统会受到电离层带来的相位影响,降低星载SAR系统成像质量,对低频段宽带星载SAR尤其明显。为了消除电离层对星载SAR带来的相位影响,基于陆地观测技术卫星2号(ALOS-2)星载SAR数据,采用距离向频带分割法来估计电离层电子总含量(TEC)参数。验证推导距离向频带分割法的最优估计精确度,并利用ALOS-2数据,采用距离向频带分割法反演得到二维电离层TEC参数分布,分析了距离向分辨单元数对反演精确度的影响。另外,分析了雷达图像不同区域采用距离向频带分割法的估计精确度。结果表明频带分割法具有很强的鲁棒性,可以有效地反演电离层TEC参数分布,同时距离向分辨力单元数和成像区域场景地形起伏也影响反演电离层参数的精确度。     

分布式小卫星SAR回波信号的相关性

本文通过建立单视复图像信号模型,提出并推导了分布式小卫星合成孔径雷达(SAR)回波信号之间新的相关系数模型.根据干涉复图像对的相位差与相关系数之间的关系,定义了方位向相位新概念,提出了分布式小卫星SAR干涉复图像对的相位差的均值包括干涉相位和方位向相位两部分,为了防止方位向相位引起较大的干涉相位估计误差,必须在数据处理中引入去方位向相位处理新方法,并给出了去方位向相位处理的具体实现方法.最后,进行了计算机仿真处理,仿真结果验证了本文分析的正确.     

星载合成孔径雷达二维闪烁相位误差校正方法研究

分析了电离层闪烁效应对低频段星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)方位向分辨率的影响, 并基于二维相位屏方法生成了距离向空变的闪烁相位误差.传统的相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus, PGA)方法难以适用于二维空变相位误差校正, 而本文基于闪烁相位误差在距离向具有连续性的特点, 在一定规则基础上将整幅图像划分为若干个子孔径, 对每个子孔径图像利用PGA方法进行相位误差估计, 再将得到的各子孔径相位误差进行插值运算, 从而得到整幅图像的闪烁相位误差.仿真结果表明:相比于传统PGA方法, 子孔径PGA方法可以有效解决二维空变闪烁相位误差对图像方位向分辨率的影响, 校正后的图像得到很好的恢复, 方位向分辨率明显提高.     

基于波束形成的分布式卫星SAR成像

针对分布式卫星SAR系统的正侧视工作模式，建立了雷达信号的回波模型，提出了利用修改的距离－多普勒（RD）算法进行单个星载SAR成像的算法及波束形成合成分布工卫星SAR图像的算法。理论分析和仿真结果表明：利用该算法能提高图像的信噪比，使图像质量得到提高。     

分布式小卫星合成孔径雷达的空间编队构形研究

合理的空间编队构形是实现分布式小卫星SAR系统功能的基础.着重讨论分布式小卫星合成孔径雷达(SAR)空间编队构形的设计问题.分析了实现三维地形成像、提高空间分辨率和动目标检测三种系统功能时,空间编队构形设计所需解决的问题,提出了进行分布式小卫星SAR空间编队构形设计的三个最优化准则,给出了空间编队构形的评估方法,并对现有的几种分布式小卫星SAR的空间编队构形进行分析.最后根据分布式小卫星SAR的空间编队构形,通过与单颗星载SAR回波信号相比较,分析了分布式小卫星SAR回波信号的特点,为其数据处理提供参考.     

高分辨率星载聚束式SAR的 Deramp Chirp Scaling成像算法

基于两步处理算法和Chirp Scaling算法,提出一种适用于高分辨星载聚束式合成孔径雷达(SAR)的Deramp Chirp Scaling(DCS)算法.该算法结合了谱分析(SPECAN)算法和Chirp Scaling算法的优点,算法先采用具有固定多普勒调频率的deramp处理实现方位的粗聚焦,消除了星载聚束式SAR特有的方位频谱混迭现象,然后应用Chirp Scaling原理实现距离的精确聚焦,并补偿deramp处理引起的方位相位误差,实现方位精聚焦.基于斜视等效距离模型,该模型更好地拟合了星载聚束式SAR的空间几何关系,推导了DCS算法,给出了实现步骤,整个算法无需任何插值操作,只需复乘和FFT即可完成.该算法适用于宽测绘带高分辨率星载聚束式SAR的精确成像处理.最后,通过计算机仿真,验证了算法的有效性.     

直角坐标多级后投影聚束SAR成像算法

在局部极坐标系下,快速多级后向投影算法(FFBPA)可以以较低的采样率对子孔径成像,但在不同局部极坐标系之间需大量的2维图像域插值实现图像融合。相比极坐标系,图像融合在直角坐标系下更容易实现。但在直角坐标系下进行子孔径成像的奈奎斯特采样率较高,这将影响直角坐标系下的成像效率。该文针对此问题提出一种谱压缩技术,通过对距离时域和距离频域两次补偿,大幅压缩了直角坐标系下子孔径成像的方位谱宽度。该文算法具有堪比原始后向投影算法(BPA)的成像质量和优于FFBPA的计算效率,且能够应用于非线性轨道SAR。最后通过星载0.1 m仿真实验和机载0.2 m实测实验验证了算法的有效性。     

超高分辨率星载SAR系统多子带信号处理技术研究

多子带信号拼接是星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）实现超高距离分辨率的重要方式,但受限于硬件系统、大气传输等非理想因素的影响,接收各子带信号在子带内会存在幅度和相位误差,子带间也存在幅度、相位和时延不一致误差。这些误差严重影响多子带合成后的信号质量以及最终的图像质量。本文基于星载多子带SAR系统模型,首先提出了一种先单子带成像,再多子带信号拼接的成像处理策略;然后在此基础上,针对子带内/子带间幅相和时延误差提出一种基于各子带强目标点数据的误差估计与补偿方法。该方法主要包括基于质量相位梯度自聚焦（Quality Phase Gradient Autofocus, QPGA）准则的强目标点数据提取、基于PGA的子带内误差估计、子带间误差估计和误差补偿与频谱合成四个步骤。理论仿真分析数据实验验证了本方法的有效性。      

基于非线性FM滤波的SC-ChirpScaling算法

本文分析了Chirp Scaling算法推导过程中残留三次相位误差对成像质量的影响,在此基础上提出了一种基于非线性FM滤波的高分辨星载SAR成像处理SC-Chirp Scaling算法.该算法采用斜视等效距离模型,利用非线性FM滤波方法实现了Chirp Scaling算法的三次相位误差修正,使高分辨率星载SAR成像质量获得明显改善.计算机仿真结果验证了该算法的有效性.     

星/机双基地混合滑动聚束式SAR距离-多普勒成像算法

该文提出了星/机双基地混合滑动聚束式SAR的距离-多普勒成像算法。文中首先通过级数反演法得到了此双基构型下场景目标的2维频谱,并通过解析近似得到随距离空变的频谱表达。在此基础上,提出了先根据谱分析技术对回波信号进行方位去混叠处理,再进行2维频域处理得到全孔径聚焦的双基地SAR 距离-多普勒成像算法。该算法不需要进行子孔径分块和插值操作,运算量小,效率高。最后通过仿真实验验证了算法的有效性。     

高分辨星载SAR改进ChirpScaling成像算法

本文提出了一种用于星载合成孔径雷达(SAR)的改进Chirp Scaling成像处理算法.本文分析了三种星载SAR距离模型,根据误差最小的斜视等效距离模型,推导了改进Chirp Scaling算法,给出了实现步骤.该算法适用于大距离徙动高分辨率星载SAR精确成像.并且基于改进的Chirp Scaling算法,分析了多普勒参数误差对成像质量的影响.最后通过计算机仿真,验证了算法的有效性.     

星载SCANSAR模式的实现方法及计算机仿真

本文主要讨论星载SCANSAR模式的实现方法.给出了在可变视角Stripmap星载SAR系统的基础上实现SCANSAR扩展模式的具体方法:分析了SCANSAR信号参数的确定方法以及SCANSAR的几种性能参数;给出了大距离徙动下SCANSAR的成像处理方法及模糊度和等效噪声σ⁰的计算方法.最后给出一个具有大距离徙动特性的星载SAR系统SCANSAR模式设计的例子,并进行了计算机仿真.