基于跨航向稀疏阵列的机载下视MIMO 3D-SAR三维成像算法

基于阵列天线的SAR 3维成像技术是实现SAR 3维高分辨成像的重要方式之一。该文通过沿飞行平台跨航向稀疏地布置多个收发天线阵列单元,构造了跨航向稀疏下视阵列天线构型的MIMO(多发多收)机载3D-SAR,并分析了跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的成像几何、3维回波信号模型,提出了适用于跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的3维成像算法,最后通过仿真实验验证了算法的有效性并对结果进行了分析。     

一种两维稀疏的3D-SAR成像方法

下视阵列3D-SAR避免了多次飞行带来的去相关问题并且能够很好解决侧视SAR成像存在的阴影、叠掩等问题。但是常规下视阵列3D-SAR跨航向阵元数目较多,增加了系统的成本和复杂度;而且雷达数据需要在三个维度进行采样,回波数据量大。针对以上问题,本文提出了一种跨航向和航迹向两维稀疏的3D-SAR成像算法。在跨航向进行阵列天线随机布局,减少了阵列天线的阵元数目,在航迹向随机稀疏采样,减少了航迹向采样点数。本文采用正交匹配追踪方法对两个维度数据进行稀疏重构。最后,通过点目标仿真实验验证了成像算法的有效性。      

FM-CW SAR距离徙动算法研究

FM-CW SAR是一种新近被提出来的雷达成像体制,它结合连续波与合成孔径成像技术,具有结构简单、体积小、重量轻和分辨率高等一系列优点。文中结合调频连续波特性与合成孔径雷达工作特点,对调频连续波合成孔径雷达波数域成像算法进行了研究。推导了调频连续波信号的波数域模型,研究了调频周期内平台连续运动对调频连续波合成孔径雷达波数域模型的影响,进而提出了一种适用于调频连续波合成孔径雷达的改进距离徙动算法,并通过仿真验证了改进算法的有效性。     

基于空间三维非均匀SISO阵列雷达的介质目标快速成像算法

近年来,随着高精度定位系统的迅猛发展,基于手持式毫米波雷达的阵列成像技术在无损检测和医疗成像等涉及介质内部结构成像的领域中引起了广泛关注.与常见的二维（Two-Dimensional,2D）平面单发单收（SingleInput-Single-Output,SISO）阵列不同的是,基于手持式毫米波雷达的阵列,其阵元通常非均匀分布于三维（Three-Dimensional,3D）空间中,导致现有的基于平面SISO阵列的对介质目标内部结构进行快速成像重构的算法无法适用.为此,本文提出了一种适用于空间3D非均匀SISO阵列雷达的半空间介质目标快速成像算法.该算法将空间3D非均匀SISO阵列的每一个阵元扩展为一个的虚拟阵列,然后将所有虚拟阵列的回波数据变换至波数域后进行相干累加,最后通过3D逆傅里叶变换（Inverse Fourie Transform,IFT）实现快速成像.数值仿真和实验测量表明,与同样适用于该场景的改进后向投影（Improved Backward Projection,IBP）算法相比,在本文给定的成像参数条件下,所提算法可以在保证成像质量的同时,将成像时间缩短94%以上.     

双站SAR成像波数域解决方案

与常规SAR相比,双站合成孔径雷达(Bi-SAR)收发距离和的变化规律更为复杂,且距离徙动量更大,用单站算法的一般改进形式难以达到理想的成像效果.文中讨论了在波数域上Bi-SAR成像的解决方案,提出利用双站数据波数域补偿和波数域坐标旋转实现星载双站SAR成像,并通过大场景点阵目标仿真结果验证了理论分析的正确性.     

基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法

为了解决CS算法在距离压缩时无法使用带有误差的原始信号的问题，作者提出一种等效斜视的波数域算法．本文基于星载SAR等效斜视距离模型，利用Bamler提出的波数域算法推导方法，从原始回波信号模型入手，详细推导出基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法，并给出了该算法的实现步骤．该算法适用于大距离徙动高分辨率星载SAR的精确成像．文中利用点目标回波仿真数据验证了算法的有效性并给出了该算法成像的质量评估指标．     

一种基于坐标轴旋转的俯冲段大斜视SAR波数域成像算法

由于机动平台成像的复杂性,常规SAR成像方法无法直接应用于俯冲模式下的大斜视成像处理。针对此问题,该文详细分析了俯冲段几何成像模型以及大斜视成像支撑区选择问题,提出一种基于坐标轴旋转的俯冲段大斜视SAR波数域成像算法。该算法根据部分孔径数据提出波数域聚焦处理,并通过坐标轴旋转实现频谱的高利用率,在有效避免了位置域聚焦的大量补零的前提下,保障了成像分辨率,提高了处理效率。仿真和实测数据处理验证了所提算法的有效性。     

低轨卫星目标干涉ISAR三维成像方法

研究了在低轨道上运行的卫星目标的逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像问题,提出将干涉逆合成孔径雷达（Interferometric ISAR,IF-ISAR）成像技术应用于对卫星目标成像,并用此方法实现了对低轨卫星的三维成像。研究设计了卫星轨道模型和雷达天线空间配置,建立了卫星目标三维成像的几何坐标系,并对干涉成像的三维分辨率进行了估计。仿真结果验证了理论分析的正确性和成像方法的有效性。     

基于感兴趣区域搜寻的机载下视阵列3D SAR波数域快速成像方法

3维波数域成像处理方法对回波信号距离历程不做近似,成像重建精度高。机载下视阵列3D SAR跨航向阵列长度相比跨航向幅宽小很多,需将回波信号尺寸补零到成像场景尺寸以防止FFT时出现卷绕,过高的补零倍数给波数域成像处理带来内存需求和运算量的激增。如果能够仅对ROI(Region Of Interest)而非整个观测场景进行成像处理就能够极大程度降低补零倍数,提高该算法的时效性。该文提出的波数域快速成像方法首先在波传播-航迹向和波传播-跨航向完成两次2维成像处理,结合两次2维成像处理结果确定ROI,最后使用3维波数域算法对ROI进行3维精确重建。实验数据验证了该文算法的有效性。     

基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)能够突破天线孔径对分辨率的限制,因而得到了广泛应用. 本文提出了一种基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像方法,通过设计合适的成像几何构型,利用涡旋电磁波的相位特性实现对高度维的分辨,并推导得到高度维分辨率与模式数及雷达参数之间的关系. 考虑到回波信号中引入的涡旋相位项,对后向投影算法进行改进,实现对观测区域的三维成像,并引入稀疏重构算法减少对模式数的需求. 仿真结果表明,利用多模式聚合型涡旋电磁波束能够对分布在不同高度的目标进行准确重构,利用稀疏重构算法能够用少数模式实现高分辨三维成像. 本文提出的方法为新体制雷达成像研究提供了一定的参考.     

基于球面孔径合成成像的RCS测试方法研究

该文提出了一种基于球面孔径合成成像的雷达散射截面积（Radar Cross Section,RCS）测试方法,建立了基于去相干函数的回波信号模型,推导了基于球面孔径合成成像的RCS反演方法。首先,通过球面孔径合成三维成像方式获取被测目标的全方位-俯仰散射信息;其次,利用改进去相干函数的三维波数域积分成像处理方法获得目标的三维单视复图像,通过图像空域滤波抑制干扰目标信息;最后,通过波数域变换反演目标的RCS。该文引入去相干函数有效抑制了角度去相干和频域去相干效应对成像和RCS反演的影响,表征了目标方位-俯仰向RCS的幅度特性和相位特性,理论推导、仿真实验与数值分析均验证了该文方法的正确性和有效性。      

基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像方法

弧形阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种新型的针对广域观测的阵列成像雷达,其具有观测范围广,分辨率高等特点。由于其回波信号方位向等角度间隔采样,目标精确的二维频 谱难以有效推导,并且已有的线性阵列成像算法不再适用。针对上述问题,本文提出了一种基于斜距高阶近似的弧形阵列SAR成像处理方法,该方法首先对斜距模型进行高阶近似,然后推导了雷达回波信号的二维频谱,之后在二维频域补偿距离徙动及距离方位的耦合,最终得到聚焦图像。点阵目标的仿真结果验证了该成像方法的有效性。      

阵列雷达的分层介质目标频域匹配滤波成像算法

为了对平面分层介质目标的内部结构实现高分辨三维（Three-Dimensional,3D）成像,提出了一种基于频域匹配滤波（Frequency-Domain Matched Filter,FDMF）的快速成像算法。该算法应用了毫米波单发单收（SingleInput Single-Output,SISO）阵列雷达体制,利用电磁波在平面分层介质间传播时电磁波的切向分量将保持连续这一规律,将SISO平面阵列雷达单个阵元的时域回波数据变换至频域后,化简雷达回波模型,最后将阵列的空域回波数据变换至波数域并作相位补偿及累加求和运算实现介质内部的图像重构。与同样适用于该应用场景的改进后向投影（Improved Back Projection,IBP）算法相比,所提算法避免了电磁波在介质分界面上折射点的计算,有效降低了计算复杂度;与相移偏移（Phase Shift Migration,PSM）算法相比,所提算法仍具有一定的效率优势;数值仿真和实验结果验证了所提算法的有效性。     

前视SAR压缩感知成像算法

以进一步提高前视SAR成像的分辨率为目的,提出了一种基于压缩感知的前视SAR成像算法。前视SAR是一种可以实现对飞行路线正前方的区域进行成像的工作模式,通过分析德国宇航局提出的前视SAR系统——视景增强的新型区域成像雷达(SIREV)可知,由于SIREV系统天线长度的限制,使得等效的合成孔径长度较短,从而导致成像的分辨率较低。而基于压缩感知的前视SAR成像算法可以在方位向等效得到一个较长的虚拟天线,因此可以在同样长度天线的情况下获得更高的成像分辨率。仿真结果表明,该方法可以实现对点目标、分布目标和面目标的成像,并且提高了成像的分辨率。     

基于IAA的毫米波人体三维高分辨成像算法

针对利用三维合成孔径技术成像的毫米波人体安检设备成像分辨力低的问题,提出一种将迭代自适应(IAA)技术与合成孔径成像技术相结合的波数域IAA成像算法。波数域IAA技术能估计出每个潜在位置所对应的信号源能量,具有分辨力高、旁瓣低且适合单快拍估计等优点。通过理论模型分析和仿真运算,将重构效果图与传统的匹配滤波方法重构效果图进行对比分析,验证了该算法的有效性;同时随着计算能力的提高,该算法的性能也得到提高。     

一种前视合成孔径激光雷达成像系统

提出了一种新型的基于激光收发阵列的前视合成孔径激光雷达(SAL)成像系统。给出了系统的结构模型,分析了系统成像原理,详细推导了点目标的回波模型和适用于前视SAL的ECS算法,最后通过Matlab对6点目标的情况进行了成像仿真,对点目标峰值中心的64×64点切片和方位向、距离向包络进行了详细分析,结果表明该系统可以有效地对雷达前视场景进行成像。     

毫米波安检成像雷达设计

针对实际应用的安检技术的局限性,本文介绍一种基于FMCW的体制的安检成像雷达设计。雷达采用合成孔径成像算法对待检人员身上的隐匿目标进行探测,使用二维、三维仿真目标和Radarsat—I雷达数据对雷达系统和成像算法进行检验,计算结果证明了系统设计和成像方法的有效性。     

3-D radar imaging using range migration techniques

An imaging system with three-dimensional (3-D) capability can be implemented by using a stepped frequency radar which synthesizes a two-dimensional (2-D) planar aperture. A 3-D image can be formed by coherently integrating the backscatter data over the measured frequency band and the two spatial coordinates of the 2-D synthetic aperture. This paper presents a near-field 3-D synthetic aperture radar (SAR) imaging algorithm. This algorithm is an extension of the 2-D range migration algorithm (RMA). The presented formulation is justified by using the method of the stationary phase (MSP). Implementation aspects including the sampling criteria, resolutions, and computational complexity are assessed. The high computational efficiency and accurate image reconstruction of the algorithm are demonstrated both with numerical simulations and measurements using an outdoor linear SAR system