利用点目标进行SAR辐射定标的方法研究

SAR辐射定标是一项关联图像像素值和地物后向散射系数的重要工作。由于角反射器具有稳定、大的散射截面积和在较宽的角度范围内散射截面积变化较小,因而成为重要的点目标定标器。研究利用已知散射截面积的三面体角反射器来计算不同地物的后向散射系数、系统定标常数和系统总的传递函数的方法,并通过大量实测SAR数据进行了定标实验。理论分析和实验结果表明,利用点目标进行SAR辐射定标具有简单、实用、精度较高的优点。     

高度表宽多普勒频宽回波研究

分析了PD雷达高度表的地回波特性。总结了高度表的工作特征,通过网格映像法借助数字地图思想建立了地面的距离-多普勒关系。考虑回波的影响因素,如散射系数、天线模型等,通过Matlab建模仿真分析了高度表回波的时域和频域特征。研究结果对研制和地面测试弹载雷达高度表提供了技术支持。     

基于Radon变换的SAR成像多普勒模糊估计

文中主要分析合成孔径雷达(SAR)成像的多普勒模糊及其估计.首先推导了SAR斜视角和距离-多普勒(RD)域线性距离徙动斜率间的关系,通过在RD域而不是在距离-脉冲时域(RA域)来估计回波轨迹.讨论了基于Radon变换的RD域估计多普勒模糊数的方法.仿真实验和星载RADARSAT实测数据验证了估计算法的正确性与合理性.     

适合于大型平稳和机动目标的成像算法

逆合成孔径雷达成像一般采用距离-多普勒(R-D)成像方法[1],在这方法中,距离走动一般不予考虑,实际当目标较大,目标周围散射点通常发生较大的距离走动,我们已经提出一种距离走动校正方法[2]但是这种方法一般要求散射点分布比较稀疏,且多普勒走动不严重,对于机动目标,这方法就失效了,为此,我们提出,根据低分辨回波或高分辨回波,对目标中心或重心对准聚焦后,在目标数据域通过时间的尺度变换,即通过keystone插值的方法(或者方位向DFT-IFFT,或方位向SFT-IFFT),校正距离走动,距离压缩后(IFFT),对平稳飞行目标,只需要方位压缩(方位FFT),就可获得目标像,对机动目标,要分距离单元进行时频分析,可以采用已有的瞬时成像方法,获得距离一瞬时多普勒动态像,仿真数据和实测数据的处理表明这种方法是有效的.     

一种机载组网雷达协同目标检测算法

多机协同的机载雷达组网联合目标探测可有效提高复杂电磁干扰环境下对隐身弱目标的探测能力。文中针对机载雷达组网探测时空间配准误差大、协同探测难以实现的难题,提出了一种基于轨迹空间配准的协同目标检测算法,通过雷达间少量距离-多普勒域数据及低检测门限下目标轨迹域数据的交互,采用极大似然估计广义似然比检测器对目标进行联合恒虚警检测(CFAR),并通过轨迹域空间配准与CFAR的迭代计算,实现配准精度和目标联合检测性能的双提升。数值仿真实验的结果表明,在四部雷达组网工作时,在相参积累后信噪比9 dB、虚警概率10^-4的典型场景下,经过迭代处理,空间配准精度可达到一个距离-多普勒分辨单元;对目标的检测概率由单部雷达的28.5%提高到四部雷达协同下的83.67%。     

基于多普勒天气雷达的地物识别研究

当前的地物识别方法对地物反馈波特征掌握不准确,识别效果不好,对此,提出基于多普勒天气雷达的地物识别方法。将天气雷达信息点分为垂直形态、水平形态、纹理形态、垂直速度、水平速度、谱宽速度六个特征,通过查阅历史资料并结合反馈波的多普勒效应曲线,统计地物与水域特征差别。对地物与水域的折射率进行修正,根据目标物体与地物反馈波频率的不同,将混合在地物识别结果中的水域和目标物体提取出来,增加地物识别准确率。实验结果表明,所提方法拥有很好的识别效果。     

采用目标轨迹积累的窄带雷达信号长时间积累方法

在雷达信号长时间积累过程中,点目标的位置会在多帧距离-多普勒数据之间移动并形成一条轨迹,这里提出两种积累该轨迹的方法,分别适合于距离走动较小和多普勒扩散较小的情况。所提的两种方法首先分别通过速度补偿和二次相位补偿将三维数据空间中的目标轨迹校正到分别垂直于距离轴和多普勒轴的平面中,然后通过矩阵重组将校正后的三维数据分别分解为并列的多普勒-时间和距离-时间矩阵,最后采用Hough变换对位于其中一个二维矩阵中的近似直线的目标轨迹进行积累。所提的两种方法大大增加了目标的积累时间并改善了目标的最小可检测信噪比。实测数据的实验结果证明了其有效性。     

基于UWB SAR图像ROI切片的运动目标成像和参数估计方法

本文提出了一种基于UWB SAR图像ROI(Region of Interest)切片的运动目标成像和参数估计方法。该方法作为图像域GMTD算法的后续步骤,可在检测出运动目标并提取其多通道图像域ROI切片之后,对运动目标进行聚焦成像并估计目标相对载机的运动速度,然后基于运动目标的多通道聚焦像估计其距离向速度,在此基础上,估计运动目标的方位向速度、方位向位置、距离向位置等参数,从而获得运动目标的二维速度和位置参数。基于半实测数据的实验证明了本文所提方法的有效性。      

基于压缩感知的稀疏采样数据大转角ISAR 成像研究

针对方位向稀疏采样条件下,大带宽大转角逆合成孔径雷达(ISAR)高分辨成像时,一维距离像中目标散射点的距离徙动问题,提出了基于贝叶斯压缩感知的稀疏ISAR 成像方法。对于方位向稀疏采样数据,该方法在包络对齐和相位补偿后,通过傅里叶变换将数据变换到距离频率域,对每一距离单元数据,根据方位向稀疏采样的位置构造相应的Keystone基矩阵,利用贝叶斯压缩感知算法重建目标在各距离频域单元的多普勒域系数,最后,通过距离向逆傅里叶变换和方位向自聚焦完成ISAR 成像。计算机仿真验证了该方法的有效性。     

距离-多普勒-频带域3D-AWP-MRF分类辅助的SAR-GMTI杂波抑制方法

针对复杂地理场景下非均匀杂波造成多通道SAR-GMTI(Synthetic Aperture Radar Ground Moving Target Indicator,合成孔径雷达动目标指示)系统杂波抑制性能下降的问题,本文提出一种距离-多普勒-频带域三维自适应加权惩罚马尔科夫场(Three Dimension Adaptive Weighted Penalty Markov Random Field,3D-AWP-MRF)分类辅助的SAR-GMTI杂波抑制方法.利用地物类型在距离-多普勒-频带三维SAR图像空间的马尔科夫性,构造了包含空间距离、类间Fisher距离、局部粗糙度距离和梯度方向距离的自适应加权惩罚函数.在贝叶斯框架下利用条件迭代模型(Iterated Conditional Mode,ICM)算法求解距离-多普勒单元所属地物类型的最大化后验概率对多频带SAR图像进行分类,接着利用图像形态学操作对图像分类结果进行区域提取.最后,对每个闭合区域分别估计杂波协方差矩阵,并进行自适应杂波抑制处理.相比于传统方法,本文方法在非均匀杂波环境下不仅能提高起伏区域强杂波10～15dB的强杂波抑制能力,还可以减少平坦区域慢速运动目标约2.5dB的输出能量损失.     

Radar measurements of snow: experiment and analysis

This paper considers two specific types of experiments conducted to improve the authors' understanding of radar backscatter from snow-covered ground surfaces. The first experiment involves radar backscatter measurements at Cand X-band of artificial snow of varying depths. The relatively simple target characteristics, combined with an exhaustive ground truth effort, make the results of this experiment especially amenable to comparison with predictions based on theoretical methods for modeling volume-scattering media. It is shown that both conventional and dense-medium radiative transfer models fail to adequately explain the observed results. A direct polarimetric inversion approach is described by which the characteristics of the snow medium are extracted from the measured data. The second type of experiment examined in this study involves diurnal backscatter measurements that were made contemporaneously with detailed measurements of the snow-wetness depth profiles of the observed scene. These data are used to evaluate the capability of a recently proposed algorithm for snow wetness retrieval from polarimetric synthetic aperture radar (SAR) measurements, which has hithertofore been applied only to data from very complex and extended mountainous terrains     

高频地波雷达浪高参数提取的一种新算法

从Howell深水无表面流情况下的二阶窄波束雷达截面方程出发,提出了一种变换积分对象、不等分积分区间构成稀疏矩阵方程来反演无向浪高谱的新算法.在不同信噪比和不同海况条件下进行数值仿真,当信噪比高于35dB时,该算法有较高的反演精度.并将该方法应用于"高频地波雷达现场对比验证试验",反演结果与观测船输出结果比较,有效浪高的平均绝对误差为0.32m,并与Barrick法和Howell法进行了比较.模拟结果和实测结果都表明该反演算法的正确性和可行性.     

Analysis and applications of backscattered frequency correlationfunction

The application of the radar backscatter frequency correlation for classification and inversion of physical parameters of terrestrial targets is investigated. Traditionally, in radar remote sensing, the backscattering coefficients and the backscatter phase difference statistics of a distributed target are considered for estimating the biophysical parameters of interest. Because of the complex nature of random media scattering problems, however, target classification and parameter inversion algorithms are very convoluted. One obvious way of enhancing the success and accuracy of an inversion algorithm is to expand the dimension of the input vector space. Depending on the radar parameters, such as footprint (pixel) size, incidence angle, and the target attributes (physical parameters), the backscatter signal decorrelates as function of frequency. In this paper, analytical and experimental procedures are developed to establish a relationship between the complex frequency correlation function (FCF) of the backscatter and the radar and target attributes. Specifically, two classes of distributed targets are considered: 1) rough surfaces and 2) random media. Analytical expressions for the frequency correlation function are derived and it is shown that the effect of radar parameters can be expressed explicitly and thus removed from the measured correlation functions. The University of Michigan wideband polarimetric scatterometer systems are used to verify the theoretical models and inversion algorithms developed in this study     

一种利用目标微动特性提高SAR-MMTI检测性能的方法

地面运动目标除具有匀速、匀加速等平动的运动形式外,还可能存在如摆动,振动,旋转等周期性的微动形式,而传统的二阶距离近似模型不能准确描述微动目标的斜距历程.本文通过建立多通道合成孔径雷达地面微动目标几何模型,借助成对回波理论与SAR成像算法,推导出了微动目标图像域回波的矢量表达式,分析了微动导致的单通道方位散焦及其对通道间干涉相位的影响.设立回波的鬼影点的归一化幅度及鬼影点空域导向矢量与杂波空域导向矢量间相关系数这两个性能指标,仿真验证了在较强杂波环境中,利用鬼影点对地面运动目标进行检测仍具有良好的改善因子性能.     

某雷达杂波数据分析及杂波图技术研究

强地物、海浪杂波严重影响目标检测概率。频域杂波抑制手段是雷达信号处理常用的杂波抑制方法。但是,杂波的时空分布特性复杂多变,所以对杂波的幅度、频谱等特性的研究有助于选择合适的杂波抑制方案。结合某雷达实际工程采集数据分析了地杂波和海杂波的时域和频域分布特性,提出了一种基于雷达杂波环境特性自适应选择遗忘因子的杂波图方法,具体分析了该杂波图检测概率。实测数据实验结果证明了该方法的正确性和有效性。     

大气探测激光雷达突变信号处理方法研究（特邀）

在大气探测激光雷达的实际应用中,当激光探测路径上存在后向散射系数很大的云雾、烟尘或硬目标,且由其引起的突变信号强烈到一定程度时,使用Fernald法后向积分反演消光系数会在突变信号后向数据中产生明显的反演误差。根据 Fernald法后向积分的特点并结合分段斜率法,提出了一种新的反演方法以应对上述情况,优化了传统算法的反演策略。即通过判断突变信号位置不断更新参考距离和边界值进行迭代反演,并将更准确的反演数据拼接覆盖到初始反演数据中。使用垂直和水平探测所得到的实测数据对反演方法进行有效性验证,并且对被优化数据和邻近无突变信号时相应的数据进行了对比。结果表明,相比传统算法,垂直和水平探测的相关数据在新的反演方法下分别优化了消光系数相对误差约79%和96%,验证了该方法具有一定的可行性。     

基于回波数据压缩的MIMO-SAR成像方法

针对多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)高分辨成像的回波数据量过大问题,提出了一种基于数据压缩的MIMO-SAR成像方法。通过对MIMO-SAR回波数据的分析,补偿了由于MIMO雷达收发分置导致的相位误差;其次利用距离徙动算法(RMA)对回波数据进行预处理并分析了其稀疏性;然后针对预处理后的回波数据进行压缩传输,在接收端利用压缩感知重构算法获得回波数据在距离多普勒域的稀疏表示并进行成像处理。仿真结果表明,所提方法可以在大幅压缩MIMOSAR回波数据的基础上实现准确成像。     

An iterative inversion algorithm with application to thepolarimetric radar response of vegetation canopies

The retrieval of scene parameters from polarimetric radar data using an iterative inversion approach is considered. The theoretical development of a general, model-based iterative algorithm for inversion of polarimetric radar data is presented. Factors relevant to its implementation, such as sensor configuration, algorithm optimization and computational structure are discussed. The algorithm is applied to the specific problem of inverting the vector radiative transfer model for a simplified, representative vegetation canopy consisting of vertical trunks, leaves, and a rough ground surface. The results of this inversion are in excellent agreement with simulated data generated using the radiative transfer model. The convergence properties of the algorithm are evaluated, and it is found that successful convergence is achieved in about 90% to 95% of the cases tested for the implementation used in this work. An error analysis is presented which considers the effect of both systematic and measurement derived errors. Typical error bounds for the current application are approximately ±3%, allowing for ±0.5 dB accuracy in the measured radar data     

SAR振动目标成对回波聚焦的改进Keystone变换算法

在高分辨率SAR成像中,成对回波是振动目标典型的多普勒特征,常规聚焦成像算法处理后会出现散焦现象,不利于对目标振动参数的分析。本文提出了一种振动目标成对回波的聚焦算法。在推导振动目标二维频域解析式基础上,采用Keystone变换进行徙动校正,接着在距离-多普勒域中完成二次相位误差补偿,实现了振动目标与静止目标的同时聚焦。该方法不需要振动目标先验知识,适合对不同振动状态下多目标成对回波的聚焦,点目标仿真验证了算法的有效性      

DRM外辐射源雷达多普勒扩展杂波抑制算法研究

数字调幅广播(DRM)外辐射源雷达面临严重的多径杂波问题,其中不仅包含静止地面散射物引起的无多普勒频移多径杂波,还有经运动海面等散射引起的具有多普勒频移扩展的多径杂波。扩展相消杂波抑制类(ECA)算法常被用于无源雷达杂波抑制,但均仅针对无多普勒频移的多径杂波。文中建立了考虑多普勒频移扩展杂波的该无源雷达信号模型,结合信号波形特点提出了载波域ECA算法(ECA-C)的扩展算法,深入分析了扩展ECA-C算法的多径杂波抑制机理。该方法通过对各载波信号组成进行分析,构造相应的杂波子空间,利用子空间正交投影可同时对静止的和具有多普勒频移的多径杂波进行抑制,提高了系统的杂波抑制能力,进而改善了弱目标检测能力。理论分析和实测数据处理结果表明了该算法的优越性。