一种改进的快速分解后向投影 SAR 成像算法

与传统后向投影(Back-Projection, BP)算法相比,快速分解 BP(Fast Factorized BP, FFBP)算法可以大幅度提高 SAR 成像的处理效率,具有较强的工程价值.该文在现有 FFBP 算法的基础上,提出了改进 FFBP 算法,进一步简化处理流程并提高运算效率.改进 FFBP 算法的主要特点:(1)成像平面选取在- sinr q坐标系,代替现有 FFBP 算法的-r q坐标系,从而直接避免了对投影视角的反正弦计算;(2)采用2维多项式拟合的方法对投影斜距和视角进行计算,代替现有 FFBP 算法的逐点计算或1维多项式拟合,从而大大减小了运算量.最后,利用 X波段的 SAR 回波仿真数据对该文提出的改进 FFBP 算法进行验证.     

基于几何校正的聚束SAR快速分级后投影算法

快速分级后投影(Fast Factorized Back Projection, FFBP)算法大幅减少了原始后投影算法的插值次数,提升运算效率。然而图像合成过程中仍然需要大量的图像域2维插值操作,庞大的计算量限制了其在实际中的应用。该文提出一种基于几何校正的聚束SAR快速分级后投影算法。该算法利用几何校正的方法实现子图像配准,即在满足聚焦性能的前提下,通过距离维平移和角度维旋转完成子图像在不同坐标系下的投影和子图像合成。该算法避免了逐点插值运算,进一步降低了FFBP算法的计算量。仿真结果表明,该算法能高精度聚焦成像,并且其运算效率相对于基于图像域2维插值的FFBP算法显著提高。     

基于回波数据的高分辨力机载SAR运动补偿

本文详细地分析了基于距离压缩数据的运动补偿和基于复图像的运动补偿的机理,提出了基于回波数据的高分辨力机载SAR．运动补偿算法。该算法采用子孔径技术,利用修改的最大对比度法提取子孔径的多普勒调频斜率,作距离压缩数据的时域运动补偿,然后用PGA作复图像的频域运动补偿。实录数据的成像实验表明,该算法能有效地克服单一运动补偿算法的场景依赖性,获得比较满意的成像质量。     

双站前视低频超宽带SAR的快速因式分解后向投影算法成像处理

双站前视低频超宽带(UWB)SAR兼具双站前视的复杂成像构型和低频UWB的强距离方位耦合两个特点,因此极大地增加了实现高精度成像处理的难度。针对这个问题,该文提出一种基于快速因式分解后向投影(FFBP)算法的双站前视低频UWB SAR成像处理方法。首先,基于双站前视低频UWB SAR的成像几何构型和信号模型,给出了双站前视低频UWB SAR 原始BP算法成像的原理和流程。其次,在上述基础上,推导了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理的精确相位误差形式,并分析了相位误差对成像处理的影响,据此建立了双站前视低频UWB SAR FFBP成像处理中的子孔径和子区域划分原则。接下来,给出了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理流程,并对比分析了BP算法和FFBP算法的成像效率。最后,利用仿真实验证明了文中所作理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于局部直角坐标和子区域处理的弹载SAR频域成像算法

针对弹载SAR平台非直线轨迹运动和大斜视成像的特点,该文提出一种基于局部直角坐标和子区域处理的频域成像算法。对大斜视成像模式,采用局部直角坐标系建模的方法,使距离走动校正后的方位信号具有更高的近似精度;为精确补偿包络和相位的方位空变,采用子区域成像的方式,可显著提高场景边缘处的聚焦质量;将各子区域图像校正至统一的地面坐标系下,即可得到最终的SAR图像。点目标仿真和实测数据验证了所提算法的有效性。     

一种新的高分辨率宽波束机载SAR成像算法

目前的频域成像算法在应用于高分辨率宽波束机载合成孔径雷达(SAR)时不能精确补偿运动误差,而可以精确成像的时域算法存在计算效率低下的问题。针对上述问题,该文提出一种新的成像算法。该算法通过对信号2维频谱进行扰动操作,将频域与时域算法结合互补,在提高运补精度的同时,也提高了后向投影的计算效率,从而在应用于高分辨率宽波束机载SAR时得到成像精度与效率的平衡。通过仿真和实际数据分析,验证了该算法应用于高分辨率宽波束系统的有效性。     

机载SAR的运动误差的二维空变性及其补偿

精确的运动补偿是高分辨率机载SAR成像的关键,尤其对于机载小平台和大扰动情况下的成像具有重要意义。为了获得高质量的SAR图像,该文结合波数域算法,考虑运动误差的二维空变性,提出了具体的运动补偿算法,并基于实测数据得到了成像结果。结果显示,该文提出的算法对运动误差有较好的补偿效果。     

结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理

低频机载UWB SAR实现高分辨成像需要大积累角和长孔径,实时成像面临大数据量和大运算量的挑战;此外,较长的孔径时间内载机运动比较复杂,增加了实时运动补偿的难度。本文讨论了机载UWB SAR实时成像的子孔径NCS算法,分析了其降低数据量和提高成像精度的改进措施;然后讨论了基于运动测量数据的实时运动补偿方案,利用实时PRI调整补偿前向运动误差,并在实时成像流程中嵌入视线运动误差补偿环节。在上述分析的基础上,提出了结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理流程。最后,给出了实际飞行实验中机载UWB SAR的实时处理结果,证明本文所提流程可以满足机载UWB SAR处理实时性以及处理精度的要求。      

基于直线斜飞弹道的弹载SAR成像方案

针对弹载SAR成像实时性高、非匀直弹道下成像算法、运动补偿困难,难以工程实现的现状,提出了一种末制导阶段在恒定高度采用直线斜飞弹道的SAR成像制导模式.详细分析了该模式的工作过程、极坐标格式SAR聚束成像算法及直线斜飞弹道对制导性能产生的影响.仿真结果表明,该模式在增加少量制导时间的代价下,借鉴机载聚束SAR成像算法即能获得高质量的SAR图像,为SAR末制导的工程化提供了有益借鉴.     

一种基于快速分解后向投影的条带SAR成像新方法

快速分解后向投影(Fast Factorized Back-Projection, FFBP)最初用于超宽带SAR成像,并在聚束SAR信号处理领域取得了巨大的成功。然而,由于积分孔径和角域升采样的限制,FFBP算法难以直接用于条带SAR处理。为了提高FFBP算法在条带SAR处理的实用性,该文从积分孔径和角域波数带宽的角度出发,提出一种适用于条带SAR处理的重叠图像法。该方法极大地保留FFBP算法的运算效率,有效地避免因角域升采样带来数据量大的问题。最后,通过斜视条带SAR仿真实验验证了该方法的有效性。     

压缩感知SAR成像中的运动补偿

由于其具有压缩采样特性,压缩感知在高分辨SAR成像技术中得到了广泛应用。然而作为一种参数化的成像方法,基于压缩感知的成像方法对位置误差非常敏感。位置误差会造成图像偏离真实位置、散焦、甚至根本不能成像。该文针对SAR压缩成像系统中存在的运动误差,分析了平台非理想运动对回波信号的调制机理和运动相位误差对信号稀疏表征的影响,提出了基于传感器测量数据进行运动补偿的压缩感知SAR成像方法,通过在稀疏矩阵中引入附加项完成空不变运动误差的补偿。该方法不仅能以少量的测量孔径和测量数据获得重建目标空间的足够信息而且能有效降低运动误差对成像质量的影响,实现高分辨成像。     

基于子孔径相位误差拼接的相位梯度自聚焦算法

随着雷达技术的发展,合成孔径雷达的成像精度也得到了大幅提升,与之相匹配的,也需要能更精确地进行运动补偿的算法.由于惯导精度无法满足需求,如果仅使用惯导数据对运动误差进行补偿,补偿的结果中含有残余的距离单元徙动,这会损失图像的精度.本文首先分析了残余的距离单元徙动对快速分解后向投影成像算法和相位梯度自聚焦算法的影响,再将...     

太赫兹合成孔径雷达的运动补偿

太赫兹波是电磁波由毫米波向更高频的自然延拓,该频段展现出诸多与传统频段微波迥异的物理特性,使得太赫兹雷达在成像分辨力、成像帧率等性能指标上有望取得突破性的进展。目前,太赫兹合成孔径雷达(SAR)的研究引起了国内外军事界和学术界的极大关注。经分析,太赫兹SAR与传统SAR在多方面存在不同,其中最为重要,也最为关键的区别是运动补偿的处理。虽然运动补偿是所有频段SAR需要谨慎处理的关键技术,但太赫兹SAR的运动补偿显得尤为关键——由于太赫兹波长极短,对常规微波频段SAR影响几乎可以忽略的雷达平台高频微小振动对太赫兹SAR的影响必须得到精细的处理。首先简要介绍常规SAR的运动补偿处理,然后分析不同类型的运动补偿误差对太赫兹SAR成像的影响,重点分析了高频振动误差的影响,并借鉴振动目标成像的思路,提出振动平台太赫兹SAR的运动补偿解决方案,最后通过数值实验验证了本文所提出的振动补偿方法。     

基于GPS和改进MapDrift的机载UWB SAR运动补偿

传统的基于载机运动传感器的SAR运动补偿对传感器测量精度提出了很高的要求,而基于回波数据的Map- Drift(MD)自聚焦效果对成像场景存在一定的依赖性。本文针对UWB SAR系统的特点,提出了一种结合GPS(Global Position System)粗补偿和改进重叠MD精补偿的机载SAR运动补偿方法。利用GPS的三维位置信息补偿回波时移误差,利用三维速度信息补偿回波相位误差,然后再利用改进重叠MD补偿剩余误差。本文提出的UWB SAR运动补偿方法没有使用高精度的惯导系统,节约了系统成本,降低了补偿系统的实现难度,并减小了MD算法对成像场景的依赖性,有效提升了SAR图像质量。实际UWB SAR数据的处理验证了本文方法的有效性。     

一种超宽带10 GHz微波光子雷达包络与相位联合运动误差估计方法

由于运动误差严重的2维空变性,对于10 GHz超宽带微波光子SAR,传统的直接从相位进行运动误差估计的方法估计精度不高。因此,该文提出一种包络与相位联合的超高分辨运动误差估计方法,能够在没有惯导信息时实现运动误差的精确估计。该方法首先在距离徙动矫正(RCMC)之前,通过对包络对齐算法(RAA)提取的包络信息采用最小二乘算法(LSA)与梯度下降算法(GDA)获得近似的3维运动误差。接着,对粗补偿与RCMC之后的数据,先消除方位相位空变,然后采用两维空变的相位误差估计方法获得剩余运动误差的精确估计。仿真和车载微波光子雷达实测数据验证了该方法的有效性。     

一种新的机载宽波束SAR前向运动补偿算法

工作于低频段的机载宽波束SAR为了获取高分辨图像,对前向运动误差补偿精度的要求很高。前向运动补偿通常采用方位向重采样或实时PRF调整,前者的计算量较大,而后者又需要额外的硬件设备。文中提出一种新的适用于机载宽波束SAR的前向运动补偿算法,利用信号的时频对应关系,在子孔径距离多普勒域中构造相位补偿因子以消除前向运动误差的影响。算法计算量较小,适合于机载宽波束SAR实时处理。仿真和实测数据处理结果验证了算法的有效性。     

机载SAR斜视区域成像研究

本文研究机载合成孔径雷达（SAR）斜视区域成像,提出在一维距离像上对地面像素逐个进行距离对准和相位补偿的运动补偿方法.该方法在完成斜地校正的同时,还能有效地改善方位聚焦并减小几何失真.用上述运动补偿方法和线性R-D成像算法,某型机载SAR在试飞实验中成功实现了斜视区域成像.     

基于GPS多普勒频移的SAR运动补偿研究

受平台载荷限制,无人机载SAR无法装载大型高精度定位设备,从而导致运动补偿精度较低,成像质量较差.结合SAR单帧图像积累时间较短的特点,基于GPS多普勒频移实现了高精度相对定位和运动补偿,获取了无人机载SAR高分辨图像.对基于GPS多普勒频移相对定位算法进行了推导,对算法性能进行试验验证与分析.试验结果表明,在较短持续时间内,算法的定位精度优于传统的基于伪距解算的定位算法.在此基础上,把算法应用于SAR运动补偿,获得了高分辨SAR图像,取得了较好的补偿效果.     

三维快速因式分解后向投影算法

后向投影算法具有精确成像、易于补偿、适于多种阵列构型及信号形式等优点,广泛应用于雷达成像领域。针对三维成像中,巨大计算量带来的低运算效率问题,文中利用孔径分块的方式将二维快速因式分解后向投影（FFBP）扩展至三维成像应用,建立了适于三维FFBP成像的三维极坐标系,对三维FFBP中孔径划分问题、算法实现问题以及计算效率问题进行了分析。仿真结果验证了该算法,其成像效率可提高13.8倍。