星载合成孔径雷达并行二维成像处理的实现

星载合成孔径雷达是一个二维成像雷达系统,其记录的雷达原始数据是二维不可分离的,把以,把雷达原料数据处理成聚焦的雷达图像是一个二维的成像处理过程。二维数字信号处理对计算系统的性能要求较高,需要很大的内存空间和很高的计算速度,传统的计算机难以胜一文基于大规模并行计算机平台,分析了星载合成孔径雷达的二维成像算法,设计了二维快速傅里叶变换的并行新算法,有效地实现了星载合成孔径雷达原始数据的并行成像处理。     

星载在轨成像高效处理系统硬件实现设计

星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）在轨成像技术是灾害检测、军事侦察等高时效遥感应用场景的关键手段,以现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array,FPGA）+数字信号处理器（Digital Signal Processing/Processor,DSP）为处理核心是一种搭建星载SAR在轨成像系统的典型方案,在异构算力、能效比、灵活度等方面综合评价良好。但现有的FPGA+DSP系统在算法支持、大粒度处理、片上并行加速、复杂矩阵转置方面仍研究不足,成像性能仍然有较大提升空间。本文对支持大斜视、高分辨成像的非线性调频变标算法（Nonlinear Chirp Scaling Algorithm,NCS）算法进行分析,根据运算复杂度和类型将算法划分为主流程和辅助路程,以此为依据提出NCS算法在FPGA+DSP系统中的异构映射方案;针对多通道快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）处理后数据存储形式发生变换、难以流水处理的问题,提出基于时频抽取切换的多通道FFT协同处理方法,保证多通道FFT处理高效进行;针对不同粒度、不同并行度场景下转置需求复杂多变的问题,提出基于X-直接存储器访问（X-Direct Memory Access,XDMA）+片上分割转置的通用交叉转置方案。本文采用2片VX690T FPGA和2片FT 6678 DSP为核心处理器研制了星载SAR成像板卡,实现了提出的系统设计方案。同时,本文搭建了基于模拟源+地检的验证环境,对条带/扫描/聚束/滑聚/TOPS模式的仿真点阵数据和条带/滑聚模式的实测数据进行处理。点阵数据的二维峰值旁瓣比约为-13.2 dB,二维积分旁瓣比约为-10.1 dB,成像质量良好;以条带模式为例,图像尺寸为32K×16K,基于NCS算法的平均成像时间为7.81 s,成像速度较现有方案大幅提升。     

星载SAR并行快视成像实现方法

星载SAR的大距离徙动对成像算法构成了严重挑战,本文基于FIR滤波,结合RD算法加以优化,提出了一种适应大距离徙动的并行快视成像的实现方法。运用并行处理,在8CPU内存共享的SGI服务器上实现了分辨率降低8倍的快视成像。仿真实验表明,本文方法基本可以达到准实时成像的要求。     

基于24 GHz FMCW 雷达的二维近场成像系统

为进行隐藏危险金属制品的安检,文中提出了一种24 GHz 低成本毫米波成像系统。该系统采用低成本24 GHz 商用调频连续波(FMCW)雷达作为扫描源,在方位角和仰角上合成大孔径,使用二维十字扫描平台,经FMCW 雷达信号处理以及合成孔径雷达(SAR)处理使隐藏物体成像。低成本的射频外设只提供了一路中频实信号供ADC 采样量化,在图像重建中,文中提出将单路ADC 采样量化后的中频数字信号通过希尔伯特变换成复信号,对复信号加布莱克曼窗优化频谱,再对信号序列补零以减小频域栅栏效应,后采用空间匹配滤波器补偿相位偏差,通过FMCW 雷达近场成像原理对目标成像。改进后的算法适用于低成本的雷达前端系统,只需一路ADC 采集的中频数字信号即可使成像系统达到理论的合成孔径成像分辨率。     

基于ChirpScaling算法的星载SAR成像处理实现方法

本文提出一种基于ＣｈｉｒｐＳｃａｌｉｎｇ（ＣＳ）算法的星载合成孔径雷达成像处理实现方法，该算法与目前国际上通用的距离－多普勒算法相比，由于避免了插值运算，且能够精确地进行距离徒动校正，使得成像质量优于精的ＲＤ算法。     

基于ChirpScaling算法的星载SAR成像处理实现方法

本文提出一种基于ＣｈｉｒｐＳｃａｌｉｎｇ（ＣＳ）算法的星载合成孔径雷达成像处理实现方法，该算法与目前国际上通用的距离－多普勒算法相比，由于避免了插值运算，且能够精确地进行距离徒动校正，使得成像质量优于精的ＲＤ算法。     

SAR并行成像处理的研究

该文对SAR并行成像处理进行了深入研究,在串行成像算法的基础上,提出了SAR并行成像处理的一种粗粒度并行算法和一种混合FFT算法,并在国产曙光系列并行机上进行了实现,实验结果证实了该算法是有效的.     

合成孔径雷达成像处理的并行实现方法

本文提出了一种实现合成孔径雷达（SAR）成像处理的并行距离／多普勒算法，该算法能有效地提高SAR的成像处理速度，是实现SAR实时成像处理的有效途径，该算法尤其适合于超级并行机（MPP）及工作站和微机构成的群机系统进行并行计算。实验结果表明该并行算法能有效地减少SAR成像处理的运算时间。最后给出了原始数据的成像结果。     

二维stolt插值解耦合的GEO SAR成像算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)二维频谱形式复杂、二维空变性处理困难等问题,考虑成像参数随距离和方位的空变性,给出了一种利用二维stolt插值解耦合的GEO SAR成像算法,该算法不需要求解GEO SAR复杂的二维频谱,在距离频域和方位时域利用空变斜距的二阶近似模型和二维stolt插值变换校正了距离和方位的耦合;同时,针对二维插值计算量大和复杂度高的问题,采用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)替代了传统的插值和快速逆傅里叶变换(IFFT)运算。理论分析和仿真结果表明该算法能够补偿回波的二维空变特性,实现GEO SAR聚焦成像,且各成像指标接近理论值。      

三维目标曲线SAR成像的降维搜索算法

曲线合成孔径雷达(CurviLinear Synthetic Aperture Radar,CLSAR)利用雷达平台的单条曲线轨迹就可形成三维成像所需的曲线合成孔径。由于CLSAR采集的数据在三维频率空间是稀疏的,简单地采用非参数化方法所获得的图像几乎无法使用,所以有价值的目标三维像必须采用参数化方法来获得。该文提出一种新的适用于CLSAR的目标三维成像算法。该算法巧妙地利用了接收数据中距离方向与垂直距离方向参数间的弱耦合性,将高维优化问题解耦为低维优化问题,并顺序地估计出相应参数,最后采用一个迭代过程进行参数求精。仿真实验表明,新算法是一种适用于CLSAR的有效的目标三维成像算法。     

调频连续波SAR非线性处理方法研究

合成孔径雷达系统畸变引入的幅相误差严重影响了雷达的成像效果,必须予以校正才能获得高质量的图像。该文针对调频连续波SAR系统频率响应非理想特性引入的幅相误差以及信号扫频非线性误差对系统性能的影响,分析建立了存在系统误差的调频连续波SAR系统回波信号模型,研究了系统误差估计与校正的问题,并考虑小型化调频连续波SAR实时成像处理的需求,提出了一种改进的适合实时成像处理的调频连续波SAR的高精度非线性距离-多普勒成像处理算法。最后,通过理论推导和仿真分析,验证了算法的可行性和有效性。     

圆迹SAR极坐标格式算法研究

 该文提出一种新的用于圆迹合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar, CSAR)成像的极坐标格式算法。在CSAR模式下,点目标的波数域3维频谱为3维曲面。根据这一特点,算法采用逐高度平面成像的方法最终获得3维图像,即通过参考函数相乘,将频谱投影到2维平面,既避免了高度向的插值,又保证了算法的精确性。并且该算法通过两步相位补偿操作校正了越距离单元徙动的高次项,扩大了有效成像范围,避免了场景边缘目标的散焦。最后,点目标仿真验证了该算法的有效性。     

基于同心方形网格插值处理的柱面SAR成像算法

柱面毫米波合成孔径雷达(CSAR)是近距离非接触成像领域的重要技术之一。基于傅里叶变换理论的高分辨成像算法需要通过2维插值消除波数域数据在方位维和距离维的非均匀性。但是这两个维度呈现出同心圆环状的高度耦合,导致传统基于2维逐点遍历的插值方法时间复杂度高,成像算法效率低。为此,该文基于解析解的CSAR成像算法推导,提出了同心方形网格的插值分解方法。通过补0、径向1维插值和分区处理消除波数域方位维和距离维的强耦合性,并在两个分区进行独立的1维插值实现2维非均匀波数域的均匀重采样,获得最终同心方形环带均匀填充的波数域样式。通过实验验证了所提算法能有效降低2维插值的时间复杂度,并且所提算法插值处理速度比传统算法提升了7倍,与算法复杂度理论分析结果吻合。     

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。     

应用分布目标的多极化合成孔径雷达定标技术

该文对Sarabandi的分布目标定标算法作了改进。然后利用SIR-C系统的L波段的未定标的和经过SIR-C定标组定标过的同一场景数据,采用修正的Sarabandi算法进行定标实验。最后比较该算法结果与SIR-C定标组定标结果。检验该算法的性能。     

Synthetic bandwidth method and experimental research based on a wideband multi-channel SAR

Synthetic bandwidth technique is used to increase frequency bandwidth of the system and provides an effective way to achieve the ultra high resolution in the field of Synthetic Aperture Radar (SAR). But in the actual SAR system, the synthesis result will be seriously deteriorated by the inner-channel and inter-channel phase error. A frequency domain synthetic bandwidth method based on transfer function extracting technique is proposed in an actual SAR system which consists of single wideband transmit channel and 8-way down-conversion receive sub-channels. The method can accurately get the amplitude and phase characteristics of the sub-channel and compensate the amplitude-phase errors. The final experimental results demonstrate the validity and feasibility of the method and the range resolution down to 0.1 m is obtained.     

一种分段处理的大斜视SAR 成像算法

大斜视SAR 成像时,距离向和方位向严重耦合,距离走动现象明显,传统的SAR 成像算法面临严重挑战。论文针对大斜视SAR 的成像特点,提出了一种分段处理的大斜视SAR 成像算法。该算法根据等效聚束条件进行方位分块,在每个子块内通过距离压缩、相位补偿、距离校正和方位傅里叶变换等步骤实现子图聚焦,最后通过几何校正和子图拼接得到条带SAR 图像。仿真结果表明,该算法能适应大斜视SAR 成像条件,获得较好的聚焦效果。