主从模式编队卫星SAR压缩感知成像算法

为减轻主从模式编队卫星SAR对稀疏目标场景回波信号的采集与传输负担,提出了编队卫星SAR的回波信号稀疏方法。在研究编队卫星SAR回波信号特征的基础上,构建了编队卫星SAR距离向和方位向的稀疏基、测量矩阵和重构矩阵。针对主从模式编队卫星SAR与地面的数据传输特点,提出了低传输负荷下的主从模式编队卫星SAR压缩感知成像方法,并借助于正交匹配追踪算法 (Orthogonal Matching Pursuit,OMP) 对稀疏后的回波信号进行了恢复重构,获得了高质量的编队卫星SAR图像。仿真结果表明,针对稀疏目标场景,本文提出的压缩感知成像方法利用较少的回波数据便能重构出原始目标场景,实现了低负荷下的编队卫星SAR成像。      

SAR非均匀采样信号频谱重构

在常规星载SAR系统中,测绘带宽和分辨率之间存在矛盾,采用方位向多相位中心多波束模式可以很好地解决这个问题。但在方位向多相位中心多波束SAR系统中,要想实现宽幅成像,其方位向上回波的采样时刻大多是不均匀的。文中主要分析和研究如何重构非均匀采样信号的频谱。非均匀采样信号频谱重构的仿真结果证明了该重构算法的正确性。     

基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)能够突破天线孔径对分辨率的限制,因而得到了广泛应用. 本文提出了一种基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像方法,通过设计合适的成像几何构型,利用涡旋电磁波的相位特性实现对高度维的分辨,并推导得到高度维分辨率与模式数及雷达参数之间的关系. 考虑到回波信号中引入的涡旋相位项,对后向投影算法进行改进,实现对观测区域的三维成像,并引入稀疏重构算法减少对模式数的需求. 仿真结果表明,利用多模式聚合型涡旋电磁波束能够对分布在不同高度的目标进行准确重构,利用稀疏重构算法能够用少数模式实现高分辨三维成像. 本文提出的方法为新体制雷达成像研究提供了一定的参考.     

基于小波稀疏表示的压缩感知SAR成像算法研究

高分辨大场景合成孔径雷达(SAR)成像给数据存储和传输系统带来沉重负担。该文对条带式体制下的SAR成像,提出基于场景方位向小波稀疏表示的压缩感知成像方法。该方法首先沿方位向进行随机稀疏采样得到降采样的原始数据,然后在距离向采用传统匹配滤波方法实现脉冲压缩处理,方位向则利用小波基作为场景散射系数的稀疏基,并通过求解最小l1范数优化问题重构方位向散射系数。所提算法在方位向严重降采样下仍能够实现无模糊的SAR成像,实测数据成像结果表明所提算法具有较好的有效性和一定的实用性。     

一种基于二维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法

互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。      

捷变PRF技术在斜视聚束SAR中的应用

该文关注一种新型的斜视聚束SAR模式,其采用捷变脉冲重复频率(PRF)技术来增加高分辨率成像时的距离向测绘带宽。聚束SAR利用波束旋转来增加方位向分辨率。然而,高分辨率和大斜视的成像要求会导致较大的距离单元徙动(RCM)。PRF固定不变(即接收窗固定)时,为了保证方位向数据获取时间内所有的回波脉冲能被完整接收,距离向测绘带宽对应的时间宽度必须小于接收窗宽度。为了消除RCM对测绘带宽的影响,该文将PRF沿着方位向时间连续地改变(捷变),使得接收窗的变化与瞬时斜距的变化一致。首先推导了PRF的变化规律,然后利用一种改进的后向投影算法(BPA)对回波数据成像,最后通过仿真实验验证这种SAR模式及对应的成像算法。      

连续场景的稀疏阵列SAR侧视三维成像研究

合成孔径雷达的回波数据和图像数据都是复数,由于各个分辨单元散射点的初始相位是随机的,致使连续变化地物场景的信号带宽较大,传统的单天线SAR很难实现空间稀疏降采样。该文采用交轨向多天线观测结构,分析了交轨向稀疏阵列SAR的成像模型,首次提出利用信号重构方法,去除散射点随机初相位,降低复信号带宽,以较大间隔的空间稀疏采样实现稀疏阵列SAR侧视3维成像。干涉SAR 2维成像实际数据处理结果验证了通过信号重构可以降低复信号带宽,稀疏阵列SAR侧视3维成像的仿真结果验证了该文方法的有效性。     

基于频域稀疏压缩感知的星载SAR稀疏重航过3维成像

星载合成孔径雷达(SAR)稀疏重航过3维成像技术通过交轨向的多次飞行观测,获得观测场景的第3维分辨。该文给出了单颗卫星SAR稀疏重航过轨道分布,为有效缩短重访时间,同时给出了编队双星SAR轨道分布,对应的交轨向等效孔径长度为20 km。提出了一种基于干涉处理和频域压缩感知(CS)的稀疏3维成像方法,利用稀疏重航过中的部分回波形成参考3维复图像,对待重建SAR 3维图像信号进行干涉处理,使信号在频域具备稀疏性。在大轨道分布范围下,建立频域距离向-交轨向线性测量矩阵,利用CS理论联合求解稀疏表征下的图像频谱,避免交轨向和距离向的回波信号耦合。将求解所得频谱逆变换至空间域,可得到观测场景的3维图像重建结果。仿真结果表明,该文方法在稀疏采样率74.4%条件下,仍可获得与满采样成像性能相当的结果,验证了干涉处理频域稀疏方法在星载SAR 3维成像中的有效性。     

基于BP和CS相结合的圆周SAR三维成像算法

与传统的直线SAR相比,圆周SAR(CSAR)具有对场景进行三维成像的能力,但对于一般的目标,其有效孔径只是一定角度的圆弧而非完整圆周孔径,使得圆周SAR只能获得航迹向和斜距向的高分辨率,影响了其三维成像能力,所以现在通常采用沿着不同高度角进行多次观测的多航过圆周SAR模式来实现三维成像。针对多航过圆周SAR由于多航过稀疏并且非均匀采样而严重影响成像质量的问题,提出一种将BP算法和压缩传感算法(CS)结合的三维成像算法。该算法先利用BP算法实现每一次航过数据的二维成像,再利用压缩传感算法进行高度向聚焦,来改善高度向的聚焦质量,最后将实测数据成像结果和传统的三维BP算法的结果进行比较,证明该算法可以有效地抑制旁瓣,得到超分辨的三维成像结果。     

基于压缩感知的连续场景稀疏阵列SAR三维成像

该文提出一种基于压缩感知的连续场景稀疏阵列SAR 3维成像方法。利用多孔径观测结构,使SAR复图像在频域和变换域具备稀疏性,将压缩感知(CS)方法引入频域和变换域的信号处理过程中,实现高分辨率3维成像,获得与满阵成像结果相同的成像质量。该文方法适用于随机稀疏阵列,可减少对高程向阵型的设计约束,为孔径综合处理后无法获得满阵条件下实现对地成像提供了可能。仿真试验验证了该文方法的有效性。     

基于方位Deramp处理的宽覆盖DBS全孔径成像方法

为了获得大幅宽多普勒波束锐化(DBS)图像,现有的DBS成像算法往往需要进行复杂图像拼接.此外,现有成像方法为了保证DBS图像的锐化比恒定,除了要实时调整波束扫描速度外,还需要实时调整脉冲重复频率或积累脉冲个数,使得系统复杂度显著增加.文中在深入研究DBS成像机理的基础上,提出了一种基于方位Deramp处理的宽覆盖DBS全孔径成像方法.该方法利用方位Deramp消除了全场景回波的多普勒频谱混叠,无需进行图像拼接,通过一次全孔径FFT就能获得宽覆盖DBS图像.同时,只需实时调整波束指向,该方法就能实现恒定锐化比成像.实测数据处理结果证明文中方法的有效性.     

高分辨率宽测绘带Scan SAR压缩感知成像算法研究

高方位向分辨率和宽测绘带对合成孔径雷达（Synthesis Aperture Radar, SAR）系统设计提出了矛盾的要求。为获得高分辨率宽测绘带地面图像,提出了一种基于扫描模式SAR（Scan SAR）及压缩感知（Compressive Sensing, CS）理论的解决方法。Scan SAR可获得宽测绘带,然而各子测绘带方位向照射不完整,导致了低的方位向成像精度。所提出的方法首先对子测绘带数据进行方位向补零,并完成距离压缩和距离徙动校正;在方位向有效数据行中进行随机取样构成新的数据矩阵;根据取样指标集构建合理的重建矩阵,通过ROMP算法重建出完整的方位向点目标位置信息;通过子测绘带图像拼接,即可获得高分辨率宽测绘带地面图像。仿真结果表明了所提出方法的有效性。      

利用子阵处理提高天基SAR的性能

未来天基SAR向大场景区域、高分辨率方向发展．不仅要求监视大场景区域内的固定目标，而且要求能够同时对其中的运动目标进行指示。利用多个接收子阵并结合文中提出的空时处理方法，可同时实现大观测带、高分辨率SAR成像和地面运动目标检测。     

临近空间慢速平台SAR快速成像模式研究及算法研究

临近空间慢速平台合成孔径雷达成像效率低,本文提出一种方位向多波束切换成像模式,实现其对地面区域的快速成像。其基本思路为将方位向测绘带划分为多个子测绘带。同时将所需方位向采样率提高相应倍数。在方位向各采样点周期性的照射方位向各子测绘带。对比传统条带成像模式,本文提出模式可有效提高慢速平台成像效率。当方位向子波束个数足够大时,其方位向成像效率可快于快速平台。所提出的成像模式可同时实现对地面的高分辨率宽测绘带成像。本文给出了系统设计关键参数的计算公式及信号处理流程。仿真结果验证了本文提出成像模式及信号处理流程的有效性。      

多发多收合成孔径激光雷达高分辨率宽测绘带成像

合成孔径激光雷达（SAL）是作为未来远距离高分辨率对地区域观测的理想方式。针对传统的单发单收合成孔径激光雷达系统中高分辨率和宽测绘带的矛盾导致测绘带宽窄的问题,提出一种多发多收合成孔径激光雷达工作体制,该体制工作在低PRF模式,保证了距离向测绘带的不模糊,在方位向采用了多通道技术,利用虚拟孔径和真实孔径结合实现了方位向的多普勒不模糊。通过自适应波束形成将多通道数据合成大带宽无模糊数据,实现高分辨率宽测绘带成像。首先简述了方位向多通道技术提高方位向分辨率的原理;随后提出了多发多收合成孔径激光雷达的工作体制,并且给出了该工作体制下的信号模型,针对低脉冲重复频率条件下的多普勒模糊问题,提出了基于自适应波束形成解模糊信号处理方法。最后,通过三发三收体制验证多发多收合成孔径激光雷达工作体制的可行性。     

利用分布式小卫星InSAR系统获取宽域、 高分辨率、高精度三维地形

 传统星载SAR系统受最小天线面积条件的限制,其横向分辨率与测绘带宽度相矛盾,无法同时实现大测绘带和高横向分辨率.分布式小卫星SAR系统可使这一矛盾得到解决.当分布式小卫星的构形为三维超大立体阵时,还可以同时获得地面场景的高度信息.然而,三维超大立体阵构形的分布式小卫星InSAR系统对数据处理提出了很多挑战.其中,数据配准(宽带阵问题)和自适应处理时样本的选取问题是两大关键挑战.本文的研究目的在于解决分布式小卫星InSAR系统所面临的这些问题,以实现大测绘带、高分辨率和高精度的三维地形重构.仿真实验结果证明了本文方法的有效性.     

临近空间平台高分辨率宽测绘带重复访问合成孔径雷达成像模式及算法研究

本文提出一种临近空间高分辨率宽测绘带快速重复访问模式。发射天线采用线性相控阵列天线,结合合适的接收天线模式,共形成一个主瓣两个栅瓣,对同一成像区域快速重复访问。在方位向高分辨率及距离向宽测绘带的要求下,各子波束方位向回波在方位时域及频域均存在混叠。本文提出一种多通道多子波束重建算法,以对方位向各子波束回波进行分离。采用非线性调频尺度算法对分离后各子波束回波进行成像。并对各子图像的成像性能参数进行研究。本文给出了一个系统设计示例。实验仿真结果表明,本文提出的成像模式及所提出的信号处理流程正确有效。计算所得性能参数表明,各子图像质量可满足实际应用的要求。      

多模式斜视多通道SAR成像方法

方位多通道技术是当前合成孔径雷达（SAR）系统主流的高分宽幅实现方式。而将方位多通道技术与斜视波束扫描（聚束、滑动聚束、TOPS）工作模式相结合可以实现灵活的更高分辨率或者更宽幅宽的遥感观测。然而由于斜视以及波束扫描会使得回波信号的多普勒带宽远大于通道数与脉冲重复频率（PRF）的乘积,使得传统的多通道成像方法失效。为了解决上述问题,本文提出一种基于方位去斜加方位重采样的多模式斜视多通道SAR成像方法,该方法通过对各个通道信号分别进行方位去斜以及对去斜、线性距离走动校正（LRWC）后的信号进行方位重采样来解决方位时变的问题,使得传统的多通道成像方法可以使用。理论分析与实验结果均验证了该方法可以处理多模式的斜视多通道SAR数据,并且得到聚焦良好的图像。     

基于时域去走动的SAR大斜视CS成像算法

该文针对大斜视SAR回波信号的大距离走动、小距离弯曲的特点,提出了一种将时域去走动和CS算法相结合的成像算法。首先在时域校正距离走动,然后在频域校正距离弯曲,最后通过几何校正完成目标成像。经过时域去走动处理后,距离向和方位向的耦合大大降低,不仅可适应大斜视角的成像要求,而且测绘带宽度也会增大。仿真结果表明,改进后的算法可满足大斜视角和较大测绘带宽度的成像要求。