星机双基地SAR二维频谱解析表达式求解方法研究

二维频谱解析表达式是SAR系统频域成像算法的关键所在。针对难以直接求解星机双基地SAR系统驻定相位时间点的解析解的问题,该文提出对系统响应二维频谱的相位项在一个易于求得解析解的时间点做二阶泰勒展开并取近似;利用该系统两平台间运动速度、斜距差异显著的特点,来选取泰勒展开时间点,使其位于系统驻定相位时间点满足一定条件的邻域内,从而保证了近似相位的误差可忽略,由此获得较精确的近似二维频谱及其解析表达式。文中分别利用TerraSAR-X和PAMIR作为星载、机载平台,仿真成像场景内不同点目标近似二维频谱的相位误差,并利用近似二维频谱对点目标回波进行成像处理仿真,仿真结果验证了本文方法的有效性。     

任意构型双基地SAR二维频谱精度定量评估研究

双基地SAR频域成像算法,是目前SAR成像领域的研究热点。由于双基地SAR的距离历史具有双根号形式,利用驻定相位原理无法得到解析的二维频谱表达式,这给双基地SAR频域成像算法的研究带来了一定困难。本文通过引入点目标冲激响应,利用主瓣宽度、峰值旁瓣比和积分旁瓣比三个指标对扩展LBF、级数反演、二维驻定相位原理得到的点目标冲激响应进行了量化评估。同时,以星机双基地SAR成像为例,仿真不同频谱模型的二维聚焦效果,进一步验证了不同频谱模型的精度。      

基于相位近似的双基地SAR波数域成像算法

双基地SAR系统的目标回波信号斜距历程与单基地SAR存在本质差异,因而单基地成像算法无法直接应用于双基地系统。为此该文提出对双基地SAR点目标脉冲响应函数二维频谱的相位项做一阶近似,由此推导出双基地SAR波数域成像算法。通过对点目标与面目标的成像仿真得到的成像结果及其质量评估指标表明:该算法可以在大基线长度、大斜视角的情况下实现高分辨成像。     

机载高波段SAR大斜视角大场景成像算法研究

该文基于合成孔径雷达(SAR)斜视成像模式,分析了机载成像处理中斜距展开和二维解耦合近似相位误差与波长、斜视角、分辨率和测绘带宽度等参数的关系,证明二阶近似可满足常规高波段SAR大斜视角成像要求,但改进RD算法的聚集深度问题限制了成像方位孔径,常规CS算法未考虑二次距离压缩(SRC)的空变性,其大场景成像效果均不佳,只有NCS算法考虑了SRC随距离的线性变化,大场景高波段SAR成像聚焦性能最优。对毫米波SAR点目标成像的计算机仿真结果证明了上述分析结果。     

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。     

GEO-LEO双基地SAR成像算法研究

提出一种基于多普勒贡献比加权的GEO-LEO星载双基地SAR二维频谱求解方法,与现有的频谱求解方法不同,该方法根据加权因子的物理意义,并利用GEO-LEO的轨道参数推导其相应的解析表达式,在没有引入误差的情况下,解决了GEO-LEO双基地SAR的二维频谱表达式求解问题。并与二维尺度变换逆FFT成像算法结合,实现了GEO-LEO双基地SAR对地面目标的精确成像。仿真实验结果表明了算法的优越性。     

基于HQBA的平移不变双基地SAR成像

该文使用HQBA(Half Quasi-Bistatic Angle)的概念和驻定相位原理,推导平移不变双基地SAR点目标回波信号的二维精确频谱,深入分析频谱中各相位项的物理意义,提出基于HQBA计算的RD成像处理流程,并对平移不变双基地SAR的HQBA,RCM和成像效果进行仿真。结果表明,该方法能有效校正平移不变双基地SAR的距离单元徙动,提高成像质量。     

二维stolt插值解耦合的GEO SAR成像算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)二维频谱形式复杂、二维空变性处理困难等问题,考虑成像参数随距离和方位的空变性,给出了一种利用二维stolt插值解耦合的GEO SAR成像算法,该算法不需要求解GEO SAR复杂的二维频谱,在距离频域和方位时域利用空变斜距的二阶近似模型和二维stolt插值变换校正了距离和方位的耦合;同时,针对二维插值计算量大和复杂度高的问题,采用非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)替代了传统的插值和快速逆傅里叶变换(IFFT)运算。理论分析和仿真结果表明该算法能够补偿回波的二维空变特性,实现GEO SAR聚焦成像,且各成像指标接近理论值。      

聚束模式SAR连续缺失数据的高分辨成像方法

目前基于缺失数据的幅度相位估计算法(GAPES)的SAR成像算法都没有考虑距离徙动和相位误差问题而导致图像质量下降。该文提出一种基于GAPES的聚束模式SAR方位向连续缺失数据的高分辨成像方法。在处理过程中,通过对连续缺失数据2维插值实现距离徙动校正,然后利用稀疏数据投影近似子空间跟踪算法实现相位误差补偿,保证了图像的分辨率。仿真和实测数据的处理结果证明了该方法的有效性。     

基于等效平行轨迹距离模型的双基CS成像算法

本文基于双基SAR等效平行轨迹距离模型及由该模型得到的二维波数域表达式,通过对此表达式的分析变换,将二维波数域表达式的相位表示为发收距离和与波数函数相乘的形式,基于此,结合单基SAR的CS成像算法思想,推导提出了基于平行轨迹距离模型的双基CS成像算法.本算法在距离多普勒域进行变标操作,将各距离单元的包络徙动校正得和参考距离单元一致,然后在二维波数域通过简单的相位相乘完成徙动校正,很好地解决了双基SAR的包络徙动及其空变问题,且避免了插值运算,与波数域算法相比,效率更高.最后采用该算法对仿真的点目标双基回波进行成像处理,结果与等效单基CS算法相比较,证明了本文算法的有效性和优越性.     

A comparison of range-Doppler and wavenumber domain SAR focusingalgorithms

Focusing of SAR data requires a space-variant two-dimensional correlation. Different algorithms are compared with each other in terms of their focusing quality and their ability to handle the space-variance of the correlation kernel: the range-Doppler approach with and without secondary range compression, modified range-Doppler algorithms, and four versions of the wavenumber domain processor. The phase aberrations of the different algorithms are given in analytic form. Numerical examples are presented for Seasat and ERS-1. A novel systems theoretical derivation of the wavenumber domain algorithm is presented     

一种基于距离补偿的分布式小卫星双基SAR成像方法

在一定条件下,分布式小卫星双基SAR可近似认为是一种信号发射器与接收器平行运动的双基SAR系统。针对其结构特点,该文提出一种基于距离补偿的成像方法。通过该方法可把双基SAR的相位信息以单基SAR 的形式表示,这样就可利用单基SAR的成像算法对双基SAR进行研究。本文结合波数域算法对这一方法进行了阐述,并给出了仿真结果。仿真结果表明,该方法可有效应用于分布式小卫星双基SAR的成像中。     

Bistatic TerraSAR-X/F-SAR Spaceborne–Airborne SAR Experiment: Description, Data Processing, and Results

We report about the first X-band spaceborne–airborne bistatic synthetic aperture radar (SAR) experiment, conducted early November 2007, using the German satellite TerraSAR-X as transmitter and the German Aerospace Center's (DLR) new airborne radar system F-SAR as receiver. The importance of the experiment resides in both its pioneering character and its potential to serve as a test bed for the validation of nonstationary bistatic acquisitions, novel calibration and synchronization algorithms, and advanced imaging techniques. Due to the independent operation of the transmitter and receiver, an accurate synchronization procedure was needed during processing to make high-resolution imaging feasible. Precise phase-preserving bistatic focusing can only be achieved if time and phase synchronization exist. The synchronization approach, based on the evaluation of the range histories of several reference targets, was verified through a separate analysis of the range and Doppler contributions. After successful synchronization, nonstationary focusing was performed using a bistatic backprojection algorithm. During the campaign, stand-alone TerraSAR-X monostatic as well as interoperated TerraSAR-X/F-SAR bistatic data sets were recorded. As expected, the bistatic image shows a space-variant behavior in spatial resolution and in signal-to-noise ratio. Due to the selected configuration, the bistatic image outperforms its monostatic counterpart in almost the complete imaged scene. A detailed comparison between monostatic and bistatic images is given, illustrating the complementarity of both measurements in terms of backscatter and Doppler information. The results are of fundamental importance for the development of future nonsynchronized bistatic SAR systems.      

弹载曲线轨迹双基SAR反向滤波PFA成像与图像畸变校正算法

在弹载曲线轨迹双基SAR成像中,三轴速度与加速度降低了传统的双基等效斜距模型精度,也使得基于匀速直线平飞轨迹模型的极坐标格式算法(PFA)不再适用。受双平台加速度引入的空变运动误差影响,传统的分子块补偿方法会造成图像子块间地物景象不连续问题,影响后续的图像匹配应用。针对这些问题,该文提出一种新的双基SAR成像算法——反向滤波PFA算法(BFPFA),该算法是基于改进的通用化双基等效斜距模型(IGBERM),利用PFA插值将频谱投影到地距平面,通过构建空变相位误差与图像畸变联合补偿滤波器,并采用反向映射插值,实现在斜地转换过程中对运动误差、波前弯曲与图像畸变进行局部联合补偿,获得的无畸变双基SAR地距图更有利于后续的图像匹配应用。最后,仿真实验验证了所提算法的有效性。     

一般构型机载双站SAR的距离徙动特性分析

机载双站SAR的距离徙动由其几何结构和收、发载机的运动参数共同决定,在一般构型情况下具有了2维空变性。该文建立了一般构型机载双站SAR的空间几何模型,通过对双站斜距做Taylor级数展开,得到了双站SAR在时域的距离走动和距离弯曲表达式,并利用收、发雷达的斜距解耦合公式,推导出了距离弯曲的补偿条件。通过仿真,验证了距离徙动的变化特性及其徙动补偿后残余距离弯曲的非对称性变化特点。     

基于运动补偿和正交解耦合的双基SAR成像算法

复杂的应用场景下,平台速度不能保持恒定.加速度的存在增加了双基合成孔径雷达距离和方位向的耦合,使成像处理更加困难.论文提出了一种二维频谱的正交解耦合方法,以解决加速度下的双基SAR成像问题.首先利用Chebyshev多项式将斜距展开成幂级数形式,然后利用驻留相位原理和级数反演法(Method of Series Re-...     

地基SAR干涉相位滤波优化方法

地基SAR对边坡进行形变监测过程中,为了获得较高的图像质量和进行相位解缠的需要,往往要对干涉相位进行滤波优化,以提高干涉相位图的信噪比,减少干涉相位图中的残差点,从而有助于更好地进行相位解缠,提高形变监测的精度与可行性。本文针对地基SAR干涉相位图的空变等特性,对地基SAR干涉相位滤波算法进行了研究,着重介绍了四种经典、高效的干涉相位滤波算法,并进行了地基SAR边坡形变监测试验,使用实测干涉数据进行了四种滤波处理,从定量及定性的角度对每种滤波算法进行了比较与评估。最终给出了最优滤波算法,为地基SAR进行干涉相位实时滤波优化及后续数据处理提供了基础。