高分辨率宽测绘带Scan SAR压缩感知成像算法研究

高方位向分辨率和宽测绘带对合成孔径雷达（Synthesis Aperture Radar, SAR）系统设计提出了矛盾的要求。为获得高分辨率宽测绘带地面图像,提出了一种基于扫描模式SAR（Scan SAR）及压缩感知（Compressive Sensing, CS）理论的解决方法。Scan SAR可获得宽测绘带,然而各子测绘带方位向照射不完整,导致了低的方位向成像精度。所提出的方法首先对子测绘带数据进行方位向补零,并完成距离压缩和距离徙动校正;在方位向有效数据行中进行随机取样构成新的数据矩阵;根据取样指标集构建合理的重建矩阵,通过ROMP算法重建出完整的方位向点目标位置信息;通过子测绘带图像拼接,即可获得高分辨率宽测绘带地面图像。仿真结果表明了所提出方法的有效性。      

基于脉内波束指向的单相位中心多波束星载SAR系统接收端DBF处理

该文将单相位中心多波束(SPCMB)星载SAR系统与脉内波束指向相结合,有效地解决了传统SPCMB- SAR系统方位模糊较大的问题。该文推导了接收端方位向、距离向及2维联合数字波束形成(DBF)的处理方法,并归纳出先方位向DBF后距离向DBF,先距离向DBF后方位向DBF,以及2维DBF 3种处理流程。同时分析了该系统的主要系统参数,对比了3种处理流程的数据率和计算复杂度。仿真验证了3种处理方法的有效性,并通过模糊度分析证明采用该系统能降低方位模糊和距离模糊,有效实现高分辨率宽测绘带成像。     

星载DPCMABSAR系统主要性能指标分析

星载分离相位中心方位多波束合成孔径雷达可以同时实现方位向高分辨率和宽测绘带成像。分辨率、测绘带宽度、模糊度和作用距离等性能指标是系统设计的目标,同时也是用户最为关心的指标。通过对这种新体制SAR技术原理进行分析,并参照常规SAR上述指标的定义,给出了DPCMABSAR系统的分辨率、测绘带宽度、模糊度和作用距离等性能指标的计算公式,可用于系统工程设计时参考。同时计算结果与常规SAR对照,进一步体现了DPCMAB技术的优势。     

调频连续波SAR方位多波束成像

调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)结合了调频连续波和合成孔径雷达的双重优点,不但体积小、造价低廉,而且还可以高分辨率成像.在无人机和临近空间飞行器的应用方面前景广阔.对于常规SAR,方位分辨率和宽测绘带的矛盾限制了其更广泛的应用,且FMCW载波泄露问题影响其探测距离从而影响测绘带.为此,以距离多普勒成像算法为基础,探索使用多相位中心方位多波束技术实现FMCW SAR的高分辨率宽测绘带成像,最后通过仿真验证了方位多波束成像方法的有效性.     

基于波束优化赋形方法的斜视星载SAR模糊抑制研究

距离模糊和方位模糊会严重影响星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的成像质量。现有的利用天线波束赋形来抑制模糊的方法在雷达正侧视成像时取得了优异的效果,但并不适用于雷达斜视的情况。针对这一问题,提出了一种基于平面阵列天线波束赋形的星载SAR二维模糊（距离和方位模糊）抑制方法。使用距离-方位模糊综合的模糊比（Ambiguity to Signal Ratio,ASR）指标来替代距离模糊比及方位模糊比,结合对不同斜视情形下天线波束变化的分析,充分考虑包含镜像模糊区在内的所有模糊区,建立了模糊比-天线权重优化模型。以模糊能量为目标函数、天线方向图掩模作为约束确立二次锥（Quadratic Cone Programming,QCP）优化问题,求解得到阵元幅度相位分布。仿真结果表明,所提方法可以通过调节模糊区对应的旁瓣幅值,灵活地抑制SAR斜视成像的距离和方位模糊,进而提高星载SAR的成像质量。     

基于ω-k算法的宽测绘带星载SAR成像处理

本文提出了一种适用于宽测绘带星载SAR成像处理的改进ω-k算法.在用经典ω-k算法来处理星载SAR数据时,离参考距离越远图像形变和方位聚焦质量下降就越严重,这严重地限制了测绘带宽度.本文在ω-k算法的基础上提出了用等效视角补偿和等效速度补偿来校正图像形变和提高方位聚焦质量的改进算法.实验表明这种算法能够高效地对宽测绘带星载SAR数据进行精确成像处理.     

高分辨率宽观测带星载SAR技术研究

星载合成孔径雷达因其全天候、全天时的侦察性能,倍受军事和民事应用关注,目前高分辨率宽观测带SAR是星载合成孔径雷达研究的热点问题,在需要进行全球大范围动态监视或高重访周期观测的局部热点地区的应用中都希望能够采用高分辨率宽观测带成像。在讨论多种用于实现宽观测带SAR的系统技术的基础上,提出一种基于方位向多波束和距离向波束扫描方法的高分辨率宽观测带星载SAR系统设计方法,并结合一个设计实例,详细分析系统性能和设计时应注意的若干问题。     

一种应用在多孔径宽测绘带SAR中的CS算法

多孔径接收宽测绘带SAR方法是一种较先进的高精度宽测绘带SAR成像方法。这种方法要求先对距离向信号压缩然后用反解矩阵求出各个测绘带的信号,然后再进行方位向聚焦。RD算法应用在这种成像方法比较方便,但是在星载SAR成像中大多用精度较高、运算量较小的CS算法。CS算法要求先进行方位向FFT而不是距离向压缩,所以不能直接应用在这种成像方法中。该文提出了一种基于CS算法的多孔径成像算法,可以很方便应用于多孔径接收宽测绘带SAR,并进行了计算量和误差分析,给出了仿真结果。仿真结果证实了本文所述方法的有效性。     

基于空时等效采样复用的星载SAR宽域运动目标检测与成像

高分辨宽测绘带静态场景成像与运动目标检测与成像是星载合成孔径雷达(SAR)两个重要功能需求,也是新体制SAR的前沿和重点.现有的基于阵列接收多相位中心技术可解决方位分辨率与测绘带宽的矛盾,但其空时等效单通道数据难以实现运动目标的有效检测.现有的多通道SAR能改善杂波抑制和运动目标检测性能,但其对静态场景成像时仍存在方位分辨率与测绘带宽的矛盾.本文提出一种基于空时等效采样复用的信号处理新方法,同时改善了星载SAR在高分辨率宽测绘带静态场景成像与运动目标检测与成像两方面的性能.进而,本文深入研究目标径向速度在等效回波信号中引入的周期调制产生的目标方位像的"假峰"效应,并提出了有效的抑制"假峰"的补偿方法.最后,数值仿真试验验证了新方法的有效性.     

基于方位向多波束-多相位中心的星载SA R多维波形编码技术研究

通过方位向多波束与多相位中心结合,采用方位向-快时间二维波形编码发射技术获得了星载SAR系统高分辨-宽测绘带成像的优良性能。所提方案在发射端的方位向采用脉内扫描形成多个方位窄波束,以减小子多普勒带宽,距离向通过波束展宽获得宽测绘带;在接收端沿距离-方位向形成多个等效相位中心,通过俯仰DBF技术分离各子波束回波信号来抑制距离模糊,方位向通过谱重构方法解方位多普勒模糊,并通过多个子多普勒谱拼接获得方位高分辨。文中研究了本系统的主要系统参数典型设计及性能优势。仿真结果表明,该系统能有效的完成高分辨-宽测绘带任务,相对已有的其它星载SAR系统,系统性能优势明显,系统结构更加轻便灵活。     

星载多通道高分辨率宽测绘带SAR系统运动目标检测方法

该文针对星载多通道高分辨率宽测绘带合成孔径雷达系统,提出一种新的运动目标检测方法。该方法首先利用波束形成方法进行杂波抑制,然后对运动目标的斜距历程进行拟合得到运动目标的运动方向。接着对杂波抑制后的数据进行聚焦处理,得到模糊的运动目标图像,并利用恒虚警检测技术检测得到所有的模糊运动目标。最后根据模糊图像的空间关系和估计出的运动方向检测出真实目标。星载仿真数据验证了该方法的有效性。     

一种基于广域高分SAR/GMTI系统的高精度径向速度估计方法

方位向多通道广域高分合成孔径雷达运动目标指示（SAR/GMTI）系统的各通道回波存在多普勒模糊,参数估计时会出现严重的速度模糊。针对这一问题,本文提出了一种高精度无模糊径向速度估计方法。首先利用动目标Chirp傅里叶变换（CFT）后的空时谱在空间维度上无模糊的特点,在空域自适应滤波时避免了动目标模糊分量的影响,降低了算法所需通道数目;然后分别使用谱估计和Radon变换的方法估计基带径向速度和模糊数,最终得到高精度无模糊的径向速度。仿真结果验证了当待检测距离单元内存在多个运动目标时该方法的有效性。      

一种子空间投影的高分辨宽测绘带SAR成像通道均衡方法

结合数字波束形成技术,多通道SAR可以有效克服天线最小面积的限制,从而实现高分辨率宽测绘带的合成孔径成像。然而通道之间的幅相误差以及基线误差等因素严重影响数字波束形成解模糊操作。该文提出了一种针对高分辨宽测绘带(HRWS)的多通道SAR通道间误差校正方法。该方法考虑了通道误差的多普勒空变性,利用信号子空间和噪声空间的正交性实现对包括基线误差,阵元误差等综合通道间幅相误差的快速优化估计。实测数据验证了方法的有效性。     

基于方位向相位编码技术的方位向多通道SAR距离模糊抑制方法

距离模糊一直是影响合成孔径雷达(SAR)成像质量的重要因素之一。方位向相位编码(APC)技术是一种有效抑制距离模糊的方法,但是由于APC技术高度依赖于高过采样率,对于多通道SAR系统,APC技术的距离模糊抑制效果很有限。该文提出一种新的基于APC技术的多通道系统距离模糊抑制方法。该方法首先通过APC技术将部分距离模糊信号产生方位平移,通过额外增加接收通道数提供的额外信号自由度,能够在方位向上通过合适的数字波束形成(DBF)技术同时滤去距离模糊和重建方位向信号,因此距离模糊信号可以被很好地抑制。该文最后给出仿真结果,证明该方法的有效性。     

利用一发多收的双基SAR构型解多普勒模糊成像

该文以方位平移不变的双基SAR为研究对象,分析了双基回波多普勒的距离空变性,提出了一种考虑多普勒空变性的双基解多普勒模糊算法。解模糊过程中利用数值计算得到不同距离对应各个多普勒频点模糊分量的导向矢量,然后进行空域滤波实现全多普勒谱的重构。最后结合已有的双基成像算法实现大场景高分辨率成像。数值仿真验证了算法的有效性。     

分布式GEO SAR模糊度分析

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有短重访、广覆盖等优势。分布式GEO SAR由多个GEO SAR同时收发形成多个相位中心,具有可降低合成孔径时间、提高信噪比等优点。模糊度是雷达系统设计中的重要指标,传统SAR的模糊度计算通常在距离时域、方位频域进行。然而在分布式GEO SAR中,通常无需进行全孔径成像即可获得满足要求的分辨率,因而点目标的方位向信号带宽低于场景瞬时多普勒带宽,使得基于方位频域的模糊度计算方法失效。此外,双基地配置以及地球球形表面也给地面模糊区位置的计算带来困难。本文首先给出考虑地球球形表面的双基地GEO SAR模糊区位置的近似计算方法,然后给出分布式GEO SAR模糊度的计算步骤。仿真对比分析了传统频域方法与本文所提方法,并详细分析了单基地GEO SAR、双基地GEO SAR和多基地GEO SAR的模糊度特点。      

用于高分辨率宽测绘带SAR系统的SAR/GMTI处理方法研究

随着科技的不断发展,高分辨宽测绘(High-Resolution and Wide-Swath, HRWS)SAR成像已经越来越受到人们的关注,具有地面动目标指示(Ground Moving Target Indication, GMTI)功能的SAR成像系统因其具有对静止场景进行高分辨成像和动目标检测能力在很多军用和民用领域受到广泛运用。具有HRWS成像能力的沿方位多通道SAR系统,其可以有效地解决高分辨和低脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency, PRF)的矛盾,该矛盾在HRWS成像处理过程中经常遇到。由于方位空域自由度可以用来进行杂波抑制,因此多通道构型具有提供GMTI潜能。该文提出一种新的杂波抑制和动目标的成像方法,使得在低PRF的HRWS系统进行SAR成像的同时可以完成动目标的检测与成像处理,而不需要单独的高PRF系统操作模式。      

基于频率分集阵列的机载雷达距离模糊杂波抑制方法

针对机载预警雷达运动目标存在距离模糊的问题,该文提出一种基于频率分集阵列体制的空时自适应处理(STAP)距离模糊杂波抑制方法。该方法利用频率分集引入的距离维可控自由度,将距离模糊数反映到信号的导向矢量中,通过将不同距离模糊区域的杂波和目标信号在空间频率域实现分离,并在不同的距离模糊区实现杂波抑制。该方法仅在一个脉冲重复频率下即可实现运动目标检测和距离解模糊,大大提高了机载雷达系统的性能。仿真实验验证了该文方法的有效性。     

基于方位非线性变标的弹载SAR下降段成像算法

俯冲下降阶段,弹体自身较大的俯冲下降速度和加速度导致SAR回波信号方位不变性的假设不再成立,给SAR成像处理带来困难。针对该问题,该文提出了一种基于方位非线性变标的弹载SAR下降段成像算法。结合级数反演,在2维频域完成距离徙动校正和距离脉冲压缩之后,通过方位向上的非线性变标操作,补偿空变的多普勒调频率,从而较为有效地改善了方位聚焦深度和聚焦质量。数据仿真验证了算法的有效性。