合成孔径雷达深度学习成像研究综述

现代合成孔径雷达（SAR）系统工作在日益复杂的电磁环境中,对成像精度、实时性以及算法鲁棒性等要求越来越高。传统的匹配滤波以及压缩感知技术在满足SAR成像的各类高标准要求时局限性较为明显,尤其在成像性能方面。随着机器学习的快速发展,研究人员将深度学习网络与雷达成像算法相结合,提出了学习成像技术,旨在为实现高质量实时成像寻求新的解决方案。本文从数据驱动以及模型驱动同数据驱动相结合的两种思路出发,介绍了用于求解SAR成像逆问题的深度学习网络架构。在此基础上,对SAR静止目标学习成像、SAR运动目标学习成像、SAR三维学习成像以及ISAR学习成像的研究现状进行概述,帮助研究人员和从业人员理解深度学习技术在SAR成像相关问题中的应用。最后,提出该研究方向一些悬而未决的问题,探讨潜在的解决方案和未来趋势。     

SAR 的海洋动力探测研究及应用浅析

该文在深入研究海面微波散射特性及其SAR 海面成像机理的基础上,阐述了基于 SAR 图像的海洋动力探测的探索工作。主要是从内波、水下地形波和船只尾迹产生机理的统计和水动力分析出发、研究了它们的SAR成像特征和相应的物理参数反演,以此拓展SAR 的海洋观察应用。      

合成孔径雷达干扰技术研究综述

针对现有合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）欺骗干扰方法生成虚假场景时难以兼顾逼真度和低计算量的问题,提出了一种基于逆chirp scaling（CS）成像方法的SAR卷积欺骗干扰方法. 该方法利用相位相乘补偿虚假场景内各虚假点的距离徙动,避免了插值运算,在降低求解干扰机频率响应函数计算量的同时,提高了虚假场景的生成精度. 并且通过对欺骗模板进行线性调频Z变换（chirp-Z transform, CZT）,直接从模板图像变换到实际SAR信号对应的空间频域,再次避免了插值运算,进一步降低了求解干扰机频率响应函数的计算量,提高了干扰机实时性. 理论分析和仿真实验验证了相比逆omega-K（ωk）近似方法和经典的两步生成方法,本文方法能够兼顾虚假场景的生成精度和计算效率.

     

海洋内波的光学遥感探测

海洋内波是当今海洋遥感探测的热点。星载可见光传感器已成为海洋内波研究的重要手段之一。本文回顾了光学遥感海洋内波的研究进展。利用Cox-Munk模型初步探讨了光学遥感利用太阳耀斑探测海洋内波的可见光成像机理。     

Hasselmann方法从SAR图像反演海浪方向谱及其印证研究

介绍了从星载SAR海浪图像反演海浪方向谱的Hasselmann方法.在第一猜测谱的选取上采用了文氏谱的最新结果.设计了一个针对该方法的印证实验.反演所得的有效波高、有效波周期与浮标实测结果基本一致.     

利用光学遥感探测南中国海内波

由于内波生成、传播都发生在水下,常规手段如现场观测成本过高,且易受到环境的制约,很难得到足够的有效数据。中分辨率成像光谱仪(MODIS)以其图像覆盖范围大、时间分辨率高、数据公开免费等优势而成为内波研究的重要数据源,可以实现大范围的观测。选用2010年6月至2012年6月共两年的南中国海地区(0°N~23°N,102°E~121°E)MODIS观测图像作为数据源,使用ENVI软件对MODIS图像进行筛选与处理,对该海区的内波特征进行了统计分析,最终整合获得了最新的内波时空分布特征。结果表明:南中国南海西北部,尤其是东沙环礁附近海区是内波发生频率最高的海区,发源于吕宋海峡。在115°E附近的海南岛东部海区,内波波峰线与东沙群岛海区的内波波峰线有较明显的断开特征,可能内波在本地发源。时间分布表现为内波在夏季出现最多,春、秋季节次之,且春季内波出现略多于秋季,冬季最少。     

合成孔径雷达模糊度分析

该文分析了合成孔径雷达(SAR)的模糊度问题及其对图像质量的影响,详细描述了模糊度的表达式,分析了不同系统参数对模糊度的影响,对所谓的重影现象作了定量分析。     

基于“数据驱动＋智能学习”的合成孔径雷达学习成像

对感兴趣目标的数量、位置、型号等参数信息的精确获取一直是合成孔径雷达(SAR)技术中最为重要的研究内容之一。现阶段的SAR信息处理主要分为成像和解译两大部分,两者的研究相对独立。SAR成像和解译各自开发了大量算法,复杂度越来越高,但SAR解译并未因成像分辨率提升而变得简单,特别是对重点目标识别率低的问题并未从本质上得以解决。针对上述问题,该文从SAR成像解译一体化角度出发,尝试利用“数据驱动+智能学习”的方法提升机载SAR的信息处理能力。首先分析了基于“数据驱动+智能学习”方法的SAR成像解译一体化的可行性及现阶段存在的主要问题;在此基础上,提出一种“数据驱动+智能学习”的SAR学习成像方法,给出了学习成像框架、网络参数选取方法、网络训练方法和初步的仿真结果,并分析了需要解决的关键性技术问题。      

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。     

干涉合成孔径雷达抗干扰性能分析

在合成孔径雷达的电子对抗研究中,有源欺骗干扰方法得到了很大程度的重视。从合成孔径雷达反对抗的角度出发,就需要研究对有源欺骗干扰方法的反对抗措施。因此,该文对干涉合成孔径雷达(InSAR)的抗干扰性能进行了分析。该文指出利用InSAR可有效地识别有源欺骗干扰,并可在一定程度上消除有源欺骗干扰的影响。其中,对欺骗干扰的识别利用了InSAR的干涉相位图,干扰将使干涉相位图发生畸变。     

穿墙SAR成像中的墙体参数误差分析和估计

穿墙合成孔径雷达(SAR)成像中,图像的质量和可靠性由墙体参数决定。墙体参数估计误差会造成图像散焦和目标位置的偏移。分析了墙体参数估计误差对成像的影响,提出采用乘积型高阶模糊度函数(Product High-order Ambiguity Function, PHAF)算法来估计墙体参数的新方法。仿真结果表明,该方法能获得聚焦的SAR图像和较准确的墙体参数估计值。     

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。     

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。     

真实数据背景下的SAR运动目标回波信号模拟及应用

该文提出了一种新的合成孔径雷达(SAR)原始数据模拟方法,将模拟数据和实际测量数据结合在一起形成含有模拟运动目标和真实背景的SAR原始数据,用于对SAR运动目标检测方法的验证和分析。根据SAR的成像原理和运动目标的回波模型,该文给出了将模拟运动目标回波信号和真实背景回波数据叠加的半真实模拟数据的形成方法。通过将合成的数据应用于运动目标的检测试验,验证了方法的有效性。     

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。     

大斜视SAR原始数据的快速模拟算法研究

该文针对小斜视和大斜视模式合成孔径雷达(SAR)提出了两种高效的原始数据模拟算法：变尺度傅里叶变换(SCFT)算法和沿距离向积分算法。基于SCFT的模拟算法将传统的基于2维快速傅里叶变换的2维频域算法推广到斜视模式,采用SCFT取代插值操作,提高了小斜视SAR原始数据模拟的计算效率和仿真精度。沿距离向积分算法适用于大斜视SAR原始数据模拟,保证了大斜视SAR原始数据的模拟精度并同时提高了计算效率。最后,通过仿真证明了这两种算法的有效性。     

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.     

星载SAR广义聚束模式天线波束控制研究

该文介绍了广义聚束概念并建立了星载SAR广义聚束模式简化空间几何模型。在此基础上研究了天线波束指向角的控制方法,得出了在合成孔径时间内实时控制天线波束指向角的理论依据。最后结合一组系统参数给出了波束指向控制的实验结果,验证了理论公式。     

高效UWB-SAR平面子孔径处理成像算法

对各子孔径进行梯形(keystone)变换时的插值运算是平面子孔径处理(PSAP)算法对低频段SAR特别是超宽带(UWB)SAR成像时的主要瓶颈。该文提出用线性调频变换结合Fold FFT实现梯形变换,提高了插值效率,并改进了算法流程,剔除了梯形变换结合Fold FFT中的冗余运算,极大地提高了整个算法的计算效率。计算机仿真和对实际数据进行成像实验的结果表明,经过改进后的PSAP算法能够用于对大场景高分辨率UWB-SAR的实时成像。