星载合成孔径成像雷达发展现状与趋势

回顾了星载合成孔径成像雷达的发展历史,总结了现有星载合成孔径成像雷达的技术特点.现役星载合成孔径雷达的主要工作模式有聚束、条带和扫描3种,雷达采用的天线形式分为相控阵天线和抛物面天线2大类,而且性能要求全面的系统主要采用相控阵天线.最后指出了星载合成孔径雷达今后可能的发展方向,认为更高的空间分辨率、高分辨率下的宽幅成像与干涉成像是今后技术发展的主要方面.     

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。     

星载多极化合成孔径雷达波位设计研究

星载合成孔径雷达的波位设计是影响系统性能的重要部分,需要综合考虑距离模糊、方位模糊、噪声等效雷达截面等限制条件.文中对星载多极化合成孔径雷达时分工作方式的波位设计中涉及的问题进行了数学建模与分析,给出了详细的波位设计方法和流程,并对雷达卫星2全极化标准条带模式进行了实验仿真.仿真结果验证了该方法的有效性.     

基于Relax算法的星载高分宽幅成像方法研究

现代星载合成孔径雷达(SAR)系统要求同时具备高分辨率和宽测绘带的能力,而传统单通道星载SAR系统在分辨率和测绘带两个重要指标之间存在固有矛盾,因此方位向多通道的方法被提出并用于解决上述问题。该文在分析方位向多通道回波模型的基础上,结合Relax算法的特点,提出了一种基于Relax算法的星载SAR高分宽幅(HRWS)成像方法,并给出了新方法的详细迭代流程。通过点目标回波仿真,并与传统的方位向多通道HRWS重建方法进行对比,验证了新方法的可靠性和有效性。

     

未来星载SAR技术发展趋势

星载合成孔径雷达(SAR)以卫星等空间飞行器为运动平台,具有全天时、全天候、全球观测能力,已成为一种不可或缺的对地观测手段。当前,我国星载SAR已实现分辨率从米级到亚米级、系统体制从正侧视条带向方位扫描聚束、从单通道向多通道、极化方式从单一极化到全极化的技术跨越。随着技术的不断进步,未来星载SAR将在体制、概念、技术、模式等方面取得突破,包括高分辨率宽幅成像、多基地、轻小型化、智能化等,从而不断拓展星载SAR的观测维度,实现多维度信息获取。该文将围绕星载SAR的技术发展趋势展开论述。      

星载SAR地基侦察信号建模与仿真

对星载合成孔径雷达（SAR）的侦察可以为合成孔径雷达电子战提供有力的支援。在地基侦收站跟踪侦察星载SAR的背景下,建立了星载SAR地基侦察信号的数学模型。该模型利用真实卫星的天线参数及轨道参数,充分考虑了脉内多普勒频率因素。在侦察场景模型基础上,计算了条带模式下方位向的天线增益,通过仿真分析了星载SAR地基侦察信号,为星载SAR参数估计等研究奠定了基础。     

滑动聚束FMCW-SAR的子孔径波数域成像算法

该文分析了滑动聚束调频连续波合成孔径雷达的几何关系,建立了回波模型并推导了回波信号频谱。根据其信号特性,提出了一种子孔径波数域算法。该算法利用波数域匹配滤波和距离堆栈方法精确补偿了距离方位耦合相位,避免了插值操作,计算精度高,适用于斜视工作模式。通过子孔径相干合成实现了比条带模式更高的方位分辨率,同时利用子孔径图像的拼接得到了比聚束模式更宽的测绘区域。仿真结果及分析验证了所建信号模型的合理性和该算法的有效性。      

基于压缩感知的星载SAR差分层析高分辨成像

城区建筑的四维成像是合成孔径雷达差分层析的重要应用领域之一。此种应用背景下,如何利用空间-时间二维平面内稀疏分布的观测数据,在保持方位向-距离向分辨率的同时实现高程向-形变速率向的高分辨成像是合成孔径雷达差分层析面临的难点问题。压缩感知为该问题提供了有效的解决方案。首先,对压缩感知在差分层析中应用的可行性进行了理论分析。随后,利用仿真实验验证了基于压缩感知的星载合成孔径雷达差分层析成像的高程向和形变速率向的分辨能力。最后,使用Envisat-ASAR数据进行了实测数据处理实验,取得了理想的成像结果。基于压缩感知的星载合成孔径雷达差分层析高分辨成像方法的有效性和实用性得到了验证。      

基于方位相位编码的脉内聚束SAR成像方法

脉内聚束模式有效克服了星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)高分辨率与宽测绘带之间的矛盾,同时可以兼顾回波的信噪比。然而距离维空域滤波的信号分离方法容易受地形起伏的影响,甚至失效。针对此,该文提出了一种结合方位相位编码(Azimuth Phase Coding, APC)的脉内聚束SAR成像方法,利用APC技术使不同子脉冲回波的方位频谱处在不同的脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequencies, PRF)范围,然后利用方位自适应波束形成技术来分离回波信号。文中对信号分离方法以及频移因子的选择进行了详细的讨论。最后仿真实验结果验证了所提方法的有效性。      

机载高分辨滑动聚束SAR成像处理方法

针对机载滑动聚束合成孔径雷达(SAR)高分辨率成像问题,在提出采用参考信号进行系统通道误差校正和高分辨滑动聚束成像运动补偿方法的基础上,结合基带方位向变标(BAS)算法,给出一种机载高分辨率滑动聚束SAR成像方法。首先,在频域推导了基于参考信号对回波信号进行幅度校正和相位补偿的方法;然后基于斜视成像几何模型,推导了机载滑动聚束SAR平台运动参数与多普勒参数之间的关系,给出从多普勒估计参数中估计运动参数和补偿运动误差的方法。采用该成像处理方法,某型星载SAR机载试飞试验成功实现了滑动聚束模式高分辨率成像,验证了方法的有效性。      

合成孔径雷达聚束模式合成孔径长度研究

该文首先给出了传统聚束SAR合成孔径长度计算公式并指出了其局限性,然后针对机载和星载两种情况下的几何模型导出了聚束SAR合成孔径长度计算的新公式.在星载情况下,考虑了地速对孔径设计的影响.最后通过数值模拟分析证实了采用新公式进行计算合成孔径长度的必要性.该文为聚束SAR合成孔径长度提供了设计参考.     

星/机双基地混合滑动聚束式SAR距离-多普勒成像算法

该文提出了星/机双基地混合滑动聚束式SAR的距离-多普勒成像算法。文中首先通过级数反演法得到了此双基构型下场景目标的2维频谱,并通过解析近似得到随距离空变的频谱表达。在此基础上,提出了先根据谱分析技术对回波信号进行方位去混叠处理,再进行2维频域处理得到全孔径聚焦的双基地SAR 距离-多普勒成像算法。该算法不需要进行子孔径分块和插值操作,运算量小,效率高。最后通过仿真实验验证了算法的有效性。     

星载大斜视聚束SAR变PRI成像技术研究

星载SAR大斜视聚束可以实现高分辨率宽覆盖成像和目标多方位信息获取,但斜视情况下大距离徙动会造成回波数据获取效率下降、波位选择困难等问题。变PRI技术可以跟踪聚束成像过程中目标斜距变化,提高数据获取效率、降低波位选择难度。该文对星载大斜视聚束SAR的变PRI工作机理进行了研究,提出了一种PRI变化序列迭代设计方法和波位选择策略,研究了样条插值和NUFFT两种非周期非均匀采样重建方法,并首次通过机载飞行试验对所提出的变PRI的SAR系统工作体制进行了验证。     

聚束SAR应用条带SAR方法成像

在分析聚束合成孔径雷达（SAR）方位向时频关系的基础上，提出了一种新的全孔径分辨率SAR成像算法。根据SAR在条带与聚束模式下回波信号之间的差别，利用现有成熟的条带SAR成像算法实现先对聚束SAR各方位向子孔径成像，而后再将各方位子孔径带宽合成为全孔径带宽，以形成具有全孔径分辨率的SAR图像，极大降低了系统PRF的要求。     

星载SAR滑动聚束模式研究

比较了星载SAR滑动模式与传统聚束模式的不同特点,研究了滑动聚束模式的相关系统指标,特别是天线方位扫描角,给出了该模式的实现方式,对方位多普勒解模糊、天线方位扫描角的要求和转动中心位置的确定进行了分析与仿真,并给出了相应的仿真结果。仿真结果可直接应用于高分辨率星载SAR系统设计。     

滑动聚束SAR波束控制研究与设计

本文在分析聚柬SAR模式波束控制方式的基础上,指出滑动聚柬SAR控制波束始终指向远离成像区域的某个虚拟的焦点,其波束控常l方式实际上等同于聚束SAR模式的波束控制。在详细分析虚拟焦点固定的情况下,成像区域中各散射点分辨率的变化以及虚拟焦点到场景中心线的远近对分辨率的影响基础上,给出了一定分辨率下虚拟焦点到场景中心垂直距离的计算公式;然后以0．3m分辨率滑动聚柬SAR模式为例,进行了仿真计算,最后给出了0．3m滑动聚束SAR模式在运七飞机上的试验图像。     

星载聚束式SAR改进的Frequency Scaling成像算法

本文提出一种适用于星载聚束式合成孔径雷达(SAR)的改进Frequency Scaling算法.基于斜视距离等效模型,推导出改进的FS算法,给出改进的FS因子和相关因子以及算法的实现步骤.在斜视情况下改进的FS因子可避免距离向频谱混迭,并可进行更精确的二次距离压缩,改进的方位因子可以减小算法所需要的方位时间展宽,提高方位处理效率.为解决高分辨率星载聚束式 SAR脉冲重复频率(PRF)过高等问题,在算法中结合了子孔径处理,并分析了采用子孔径处理的必要性及其实现方法.最后,通过计算机仿真,验证了算法的有效性.     

滑动聚束SAR成像模式研究

滑动SAR是一种新颖的SAR成像模式,它通过控制辐照区在地面移动的速度来增加方位向相干累积的时间,从而提高SAR方位向的分辨率。该文从成像机理、回波方程、分辨率、天线扫描以及测绘带宽等方面对滑动聚束SAR进行了详细分析,并且给出了滑动聚束SAR的波数域成像算法。通过对条带SAR,聚束SAR,滑动聚束SAR的比较,可以看出条带SAR和聚束SAR都是滑动聚束SAR的一种特例。