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.     

阵列天线相位中心的计算与分析

为了得到阵列天线的相位中心,本文从阵列天线的场表达式推导出阵列天线远场区的相位方向图与选取的参考点之间的关系式。并根据该关系式,应用最小二乘法得出了求解阵列天线的视在相心的方法。结合得出的结论,对一个矩形平面阵进行了仿真实验,实验证实了本方法的有效性。同时发现,阵列单元在不同角域内对应的视在相心不同,并且阵列天线的视在相心主要取决于阵列单元在相应角域内的视在相心。     

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。     

机载交轨稀疏阵列天线雷达的下视三维成像处理

该文研究了机载交轨稀疏阵列天线雷达的下视3维成像处理问题。将稀疏阵列天线布设在载机交轨向,采用频分正交信号实现多发多收以提高发射功率,利用多相位中心孔径综合原理将稀疏阵换成满阵,采用与空间位置相关的匹配滤波器使不同子带信号孔径综合后相位中心的空间位置相同,进一步将子带信号合成宽带信号以提高距离分辨率实现下视3维成像。为了扩大观测幅宽,提出将ScanSAR模式与SweepSAR模式相结合的扫描方式,以降低雷达系统的脉冲重复频率。分析了机载交轨稀疏阵列天线雷达的系统参数,通过仿真验证了该文方法的有效性。     

阵列天线相位中心的测量方法研究

提出了一种测量阵列天线相位中心的方法。首先,根据阵列天线的基本原理,推导出了阵列天线相位方向图与相位中心偏移量的关系式;再结合相位中心的定义和实际测量的步骤,运用最小二乘法及其矩阵解形式计算出了相位中心的精确值;最后对提出的测量方法进行了模拟实验验证。实验证明,该测量方法可以精确地计算出相位中心的位置,并发现计算结果与测量时的读数精度有很大关系。当读数精度达到百分位时,校准误差仅为0.168%。     

机载下视稀疏阵列三维SAR系统及成像

主要介绍了阵列三维SAR成像系统的基本理论,讨论一种双侧放置发射阵元的单激励稀疏阵列三维SAR成像系统;利用相位中心近似原理对天线进行优化,推导了阵列三维SAR系统的模糊函数,详细分析了稀疏阵列三维SAR分辨率特性;最后,讨论了三维SAR系统的RD成像算法,并进行了仿真成像.     

机载下视阵列合成孔径雷达成像的微多普勒效应

机载阵列合成孔径雷达(SAR)采用机翼共形天线,机翼振动会引起回波相位误差而导致成像散焦。基于微多普勒模型和时频分析方法,研究了机载下视阵列调频连续波(FMCW)SAR成像的微多普勒效应。对振动模型进行了建模,结合阵元振动几何模型分析了信号特点,并基于时频分析方法对下视阵列FMCW SAR的微多普勒效应进行了成像仿真分析。结果表明,该方法可准确估计下视阵列SAR天线振动误差。     

幅相误差对阵列天线相位中心的影响分析

为精确预测阵列天线相位中心的特性, 研究了阵列口径的幅相误差对阵列天线相位中心的影响.对阵列天线相位中心的求解方法进行了简要论述, 得出了阵列天线相位中心的计算方法; 采用该方法对一个算例阵列进行仿真计算, 分别引入均匀分布和正态分布的幅相误差, 计算得出不同类型幅相误差造成的天线相位中心变化.分析计算结果可以得出, 幅相误差对阵列天线相位中心可造成显著影响, 并且该影响与幅相误差分布类型和误差限有关.该研究结论可用于指导高精度阵列天线的设计.     

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。      

一种前视阵列SAR系统的天线设计和分析方法

阵元数太多导致前视阵列SAR系统天线成本高和设计复杂,如何以较少的阵元数获取较高的成像质量是前视阵列SAR系统面临的重难点问题.根据系统成像质量要求,结合波束扫描、栅瓣抑制等技术,本文提出一种稀疏收发天线阵的设计方法.理论分析和仿真实验结果表明,该方法在保证一定成像质量的前提下,有效降低了阵元数量,提高了系统信噪比,具有一定的应用价值.     

大型相控阵天线阵面相位中心定位技术研究

介绍了相位中心的定位方法--相位梯度法,分析了大型相控阵天线远场主瓣相位特性,明确指出大型相控阵天线相位中心位于天线的口径面上.在此基础上,结合相位梯度法与大型相控阵天线相位中心的特点,推导出了大型相控阵天线相位中心的定位方程组,该方程组可直接用于大型相控阵天线的相位中心定位,最后通过求解一个非对称加权的相控阵天线相位中心的实例验证了该大型相控阵天线相位中心定位技术的正确性.     

一种非均匀线阵超分辨测向性能分析

在使得阵列的分辨力达到最高的基础上,推导并提出了一种非均匀线阵设置方法,然后从理论上分析了其估计性能,最后通过计算机仿真验证了理论分析结果,并将其与最小冗余阵(MRL)在分辨力、估计成功概率、CRB(Cramer-Rao Bound)等方面进行了对比,可以看出与最小冗余阵相比,该阵列在分辨力和估计的CRB下界等估计性能方面都要优于最小冗余阵,从而证明了这种非均匀线阵设置方法的有效性和合理性。     

稀疏阵时分多相位中心孔径综合及其应用

为了降低机载三维成像雷达系统的复杂度,该文研究了基于稀疏阵三维成像雷达系统中的重要问题。提出了稀疏阵时分多相位中心孔径综合方法,通过运动补偿,该方法使综合后的相位中心数量和分布情况和满阵天线的相同,从而避免了稀疏阵旁瓣较高的问题;利用模拟退火算法对阵列进行了优化,以使实际使用的阵元最少;由于交轨阵列尺寸远小于场景宽度,系统采用了子孔径三维成像算法。实例分析和仿真结果表明了该方法的有效性。     

MIMO雷达等效相位中心误差分析

为便于MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) 雷达在接收端相干处理多通道回波数据,该文首先基于相位中心近似来简化MIMO雷达信号模型。以产生等效相位中心误差为代价,将MIMO雷达的多收发阵列结构转化成为收发同置的单站形式。通过分析等效相位中心与收发阵元之间的几何关系,解析描述了等效相位中心误差。而后对等效相位中心误差进行了理论分析,推导出一些与误差校正有关的基本性质。针对收发阵元间距的不同取值范围,设计了相应的等效相位中心误差校正表示式。最后利用数值仿真实验完成了等效相位中心误差分析有效性的定量评估。     

基于相位线性度的ISAR非平稳目标成像时间选择新算法

该文针对非平稳旋转目标ISAR成像时间选择问题,提出基于相位线性度准则的成像时间选择新算法。首先详细分析了目标非平稳旋转时散射点的相位特性,提出适合目标成像的运动条件;然后基于目标平均距离像提取两个特显点距离单元信号,共轭相乘去除平动相位,相位解缠并曲线拟合得到转动相位,进而评价不同时间段转动相位的线性度,选择线性度大的时刻为成像时间。最后用仿真和实测数据验证了该方法的有效性。     

MIMO-SAR等效相位中心误差分析与补偿

 受等效相位中心误差的影响,多输入多输出合成孔径雷达(MIMO-SAR)方位成像结果存在"假峰"而导致成像质量下降.基于MIMO-SAR回波模型,本文推导了等效相位中心误差的解析表达式,并定量研究其对方位成像质量的影响.分析指出周期性的二阶相位误差是等效相位中心误差的决定因素,补偿该项误差能有效克服"假峰"的影响.理论分析和数值试验验证了本文分析和补偿方法的有效性.     

均匀直线阵幅相误差校正的扰动分析及最优化算法

该文研究均匀直线阵幅度和相位误差校正问题。首先分析了估计协方差矩阵各对角线元素扰动量的统计特性,同时给出了不同对角线上幅度和相位扰动量的统计方差的显式表达式。分析结果表明,相同对角线上,不同元素的幅度和相位具有相同分布,而不同对角线上,幅度和相位扰动量的方差不同。基于此结果,分析了一类基于Toeplitz结构幅度和相位误差的校正方法,说明基于主对角线的幅度误差校正方法和基于第一上对角线的相位误差校正方法分别是幅度和相位误差的最优校正方法。计算机结果验证了本文分析的正确性。     

平台运动测量误差对阵列天线合成孔径雷达三维成像影响分析

阵列天线合成孔径雷达(SAR)可实现3维成像。为了提高成像质量,使用测量设备获取平台的运动信息以进行运动补偿,而测量误差会影响补偿及成像质量,需对其进行分析。该文首先建立了阵列天线SAR 3维成像模型和测量误差分析模型,接着分别从位置和姿态角两个方面分析了测量误差对相位误差的影响,并比较不同方向误差影响的大小,然后通过仿真分析了误差对成像指标的影响,并引入姿态误差基线比来量化姿态角误差的影响。最后得出高程向和横滚角测量误差影响最大的结论,给出了限定要求下测量误差的容忍值。该文的结论为测量设备的选取和设计以及成像和补偿方法的选择和分析提供了理论指导和参考。     

单相位中心多波束合成孔径雷达的方位模糊分析

星载合成孔径雷达设计中的一个基本限制是测绘带宽和方位分辨率之间的矛盾,采用单相位中心多波束技术可在一定程度上缓解这一矛盾,从而成为实现高分辨率宽测绘带星载合成孔径雷达系统的一种技术途径。该文在简要介绍单相位中心多波束技术原理的基础上,分析了单相位中心多波束合成孔径雷达方位模糊的来源,提出了单相位中心多波束合成孔径雷达的方位模糊计算公式,并给出了单相位中心多波束合成孔径雷达方位模糊的仿真计算实例。该文分析结果对单相位中心多波束合成孔径雷达的系统设计具有一定的参考价值。