浅地层探地雷达合成孔径算法的研究

本文重点总结了目前常用的各种探地雷达合成孔径算法,针对这些算法应用到浅地层的情况进行了研究, 同时提出了一种修改的基于基尔霍夫偏移的合成孔径算法;通过对实测数据的处理,得出结论:基于微波全息成像的SAR 算法和基于Stolt偏移的SAR算法更适合应用到浅地层探地雷达;对于浅地层探地雷达合成孔径算法的研究有重要的指导 意义。     

一种基于FrFT的波数域SAR成像算法

针对波数域算法运算量较大的问题,文中提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)的波数域SAR成像算法.该算法通过剩余相位补偿和FrFT取代Stolt插值完成了距离徒动校正和IFT变换,大大降低了算法的计算复杂度;另一方面在方位向完成了剩余方位压缩和IFT变换,实现高分辨率高精度成像的目的.仿真结果表明,该算法计算简单快速,并且成像精度优于传统的波数域算法.     

基于尺度变换原理的SAR波数域成像算法

距离徙动算法(RMA)作为一种合成孔径雷达(SAR)频域成像算法,理论上能够达到最优性能。然而,该算法采用逐像素点卷积运算实现Stolt映射,其计算效率无法满足SAR大数据量处理需求。据此,该文提出基于尺度变换原理(PCS)的RMA成像算法。首先,将SAR回波数据沿距离向进行划分,利用子带参考距离处2阶距离方位耦合项与高阶项对子带信号进行补偿;然后,转化非线性Stolt映射为线性形式;最后,利用PCS原理实现Stolt插值,以实现高效率的数据重采样。所提PCS-RMA算法仅利用快速傅里叶变换和复矢量相乘操作即可实现改进型Stolt映射,兼具良好的聚焦性能与较高的计算效率。基于多组仿真数据与X波段1.2 GHz带宽的机载SAR实测数据处理结果,验证了所提算法的有效性,同时该算法可进一步应用于弹载/星载/无人机载SAR数据的快速成像处理。      

步进频SAR的波数域成像算法研究

步进频合成孔径雷达（SAR）可以在不要求系统瞬时大带宽的情况下获得距离向高分辨率,在一些领域已得到了成功的应用,但其成像过程中由于雷达与目标之间存在相对运动使得脉冲间对应的瞬时斜距有不可忽略的差值,基于差值导致的距离像偏移、分辨率下降和信噪比损失,提出了在二维频域中补偿的方法。波数域成像算法主要操作是在二维频域,成像精度较高,计算量适中,文中将该算法应用到步进频SAR中,从雷达的几何关系和信号回波模型出发,推导了补偿斜距差的公式,以及实现残余压缩的Stolt插值过程,给出了目标精确聚焦的完整步骤,并分析了Stolt插值频率改变的过程和参数设计的影响,最后对多个点目标进行了成像仿真。     

基于多通道重构的DPCA SAR方位向信号处理

研究了一种基于方位向相位中心偏移天线技术的机载合成孔径雷达(SAR)实现方法。通过在方位向上安置相位中心偏移的多个波束来降低系统对脉冲重复频率的要求,从而在保证方位向分辨率不变的条件下能够扩展机载SAR的测绘带宽。针对由脉冲重复频率的变化造成的方位信号非均匀采样,采用了多通道重构算法来恢复均匀采样信号,以两通道机载SAR为例,通过仿真实例验证了该算法的有效性。     

结合方位空变补偿的大斜视SAR误差估计方法

大斜视合成孔径雷达(SAR)成像中距离方位信号的强耦合性给成像处理带来困难,现有SAR成像算法常采用线性走动校正来降低其耦合性,该处理方法在一定程度上简化了后续成像处理的同时也带来方位相位空变问题。现有成像算法对方位相位空变校正均假设在无运动误差的理想条件下,未能考虑方位空变相位对运动误差估计的影响。针对该问题,文中首先从多角度详细分析了线性走动校正以及方位空变相位对方位运动误差估计的影响,提出一种结合方位空变相位补偿的大斜视SAR成像运动误差估计方法,保障了后续的成像处理、提升了整体成像质量。仿真和实测数据处理验证了该算法的有效性。     

一种宽波束机载SAR运动误差补偿算法

精确的运动补偿是高分辨率机载合成孔径雷达(SAR)成像的关键.运动补偿就是对原始数据进行相位校正和斜距位置校正,使雷达回波数据如同是载机在匀速直线运动状态下获得的,这是各种成像算法的基础.随着宽波束机载SAR应用的发展,运动误差在方位向的空变性对SAR成像的影响日趋显著.文中讨论了运动误差方位向的空变性及频率特性,提出了一种宽波束机载SAR运动误差补偿算法,并给出了仿真结果和真实SAR数据处理结果.     

星载高分辨频率步进SAR成像技术

星载合成孔径雷达(SAR)是一种2维高分辨率微波成像雷达。它通过发射大带宽信号实现距离向高分辨,通过合成孔径技术实现方位向高分辨。随着人们对分辨率需求的不断提升,星载SAR正朝着分米级分辨率发展。一方面,受限于现有器件水平,可以通过频率步进技术实现大带宽信号发射,需要研究高精度子带拼接技术、子带间幅相误差对成像的影响与补偿技术;另一方面,受限于有限的波束宽度,可以使系统工作在聚束模式或滑聚模式实现长合成孔径,此时需研究轨道弯曲、“Stop-go”假设误差、电离层与对流层传输误差等非理想因素对成像的影响与补偿技术。因此,该文详细介绍了频率步进信号时序设计与子带拼接,研究星载高分辨率频率步进SAR成像算法与非理想因素补偿方法,最后给出成像算法的仿真验证和性能分析。      

FMCW SAR相位梯度自聚焦算法研究

调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)是一种新近提出来的成像雷达体制,它结合调频连续波与合成孔径成像技术,具有体积小、重量轻、成本低、分辨率高等一系列优点.在SAR成像中,相位误差是成像质量下降的主要原因.针对FMCW SAR的特点,分析了二阶相位误差对成像质量的影响,然后以二阶相位误差为例建立了存在相位误差的FMCW SAR信号模型,研究了适合于FMCW SAR的相位梯度自聚焦算法,仿真结果表明该算法能够校正相位误差的影响,提高了成像精度.     

弹载SAR大斜视SPECAN成像算法

由于导弹攻击的目标在航线前方,弹载SAR需具备大斜视成像能力。针对大斜视状态下回波数据方位向和距离向严重耦合、弹载SAR平台实时性要求高的特点,提出了一种基于谱分析(Spectral Analysis,SPECAN)算法的弹载SAR大斜视成像算法。通过在方位时域进行距离走动校正,降低了回波方位向和距离向的耦合;通过二维时域中方位向的SPECAN处理和方位向FFT,获得SAR成像结果。算法处理流程简单,是一种实时性高的中等分辨率成像算法,适合应用于弹载SAR大斜视成像。仿真验证了算法的有效性。     

大场景高分辨率星载聚束SAR修正ω-k算法

基于等效斜视模型,该文给出了一种大场景高分辨率星载聚束SAR修正ω-k算法。针对大场景高分辨率星载SAR精确成像的需要,利用等效速度沿距离向的变化规律,改进了经典ω-k算法中的Stolt插值变换,实现了考虑等效速度的距离空变性的精确距离徙动校正。基于改进的Stolt插值,推导得到了沿距离向的成像指标一致的修正ω-k成像算法。仿真结果验证了该文成像算法的有效性。     

机载SAR多模式统一化成像处理技术研究

合成孔径雷达(SAR)技术能够实现感兴趣区域(ROI)的多模式成像与超高分辨观测。然而,超高分辨成像因多脉冲长时间相干积累而面临方位频谱混叠问题,且对于斜视情况下的凝视和滑动聚束模式,传统频域成像算法难以实现统一化处理。据此,本文提出了一种SAR多模式统一化成像处理算法。首先,采用线性距离走动校正削弱斜视数据的两维耦合。然后,结合基于方位Deramp技术的混叠频谱重建方法与方位重采样,实现混叠信号的恢复及聚焦深度问题的解决。最后,利用扩展的距离徙动算法进一步完成ROI精聚焦。本文所提算法能够对斜视的凝视和滑动聚束数据进行统一化的成像处理。基于点目标仿真与机载SAR多模式实测数据处理结果,验证了所提方法的有效性。     

一种基于最小二乘直线拟合的高分辨率DBS成像算法

该文分析了应用于扫描模式下的传统多普勒波束锐化成像算法(DBS)及其改进算法的特点和不足,提出一种新的高分辨率多普勒锐化算法。该算法给出了相干累积点数的选取原则,考虑了距离徙动校正,并利用最小二乘直线拟合方法将模仿SAR的方位聚焦处理技术推广到一般大范围扫描情况,较大幅度地提高了DBS算法的成像质量。机载雷达实测数据的处理结果证明了方法的有效性。     

反雷达伪装成像检测系统二维超分辨实现

设计和完成了一套微波成像系统.根据反雷达伪装微波成像的应用需求,系统采用阶跃调频连续波体制和合成孔径技术,可实现对外场全尺寸伪装目标的高分辨二维成像.传统FFT成像方法计算过程比较简单,但分辨率低,图像相对比较粗糙,对50米远处目标的二维分辨率仅能达到0.5m×0.5m.非线性空间谱估计(DOA)即超分辨技术可大大改善在系统带宽内处理空间信号的估计精度和分辨率.随着该技术的日益完善,近年来被广泛应用于雷达成像领域,用来提高距离和方位分辨率.2D-RELAX算法是较易实现的一种精度高、鲁棒性好的超分辨算法.通过对某型伪装示假目标的成像结果表明,在同样的硬件条件下,其对分辨率确有较大改善,可以达到0.25m×0.25m,接近系统分辨率的理论最小值,图像也较精确.     

高分辨星载SAR改进ChirpScaling成像算法

本文提出了一种用于星载合成孔径雷达(SAR)的改进Chirp Scaling成像处理算法.本文分析了三种星载SAR距离模型,根据误差最小的斜视等效距离模型,推导了改进Chirp Scaling算法,给出了实现步骤.该算法适用于大距离徙动高分辨率星载SAR精确成像.并且基于改进的Chirp Scaling算法,分析了多普勒参数误差对成像质量的影响.最后通过计算机仿真,验证了算法的有效性.     

基于方位非线性变标的弹载SAR下降段成像算法

俯冲下降阶段,弹体自身较大的俯冲下降速度和加速度导致SAR回波信号方位不变性的假设不再成立,给SAR成像处理带来困难。针对该问题,该文提出了一种基于方位非线性变标的弹载SAR下降段成像算法。结合级数反演,在2维频域完成距离徙动校正和距离脉冲压缩之后,通过方位向上的非线性变标操作,补偿空变的多普勒调频率,从而较为有效地改善了方位聚焦深度和聚焦质量。数据仿真验证了算法的有效性。     

高分辨率星载聚束式SAR的 Deramp Chirp Scaling成像算法

基于两步处理算法和Chirp Scaling算法,提出一种适用于高分辨星载聚束式合成孔径雷达(SAR)的Deramp Chirp Scaling(DCS)算法.该算法结合了谱分析(SPECAN)算法和Chirp Scaling算法的优点,算法先采用具有固定多普勒调频率的deramp处理实现方位的粗聚焦,消除了星载聚束式SAR特有的方位频谱混迭现象,然后应用Chirp Scaling原理实现距离的精确聚焦,并补偿deramp处理引起的方位相位误差,实现方位精聚焦.基于斜视等效距离模型,该模型更好地拟合了星载聚束式SAR的空间几何关系,推导了DCS算法,给出了实现步骤,整个算法无需任何插值操作,只需复乘和FFT即可完成.该算法适用于宽测绘带高分辨率星载聚束式SAR的精确成像处理.最后,通过计算机仿真,验证了算法的有效性.     

MIMO雷达近场成像校准与互耦合补偿方法

毫米波频段的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）因拥有良好的方位向分辨率而受到广泛关注,同时在发射端和接收端采用多根天线多输入多输出（Multiple?Input Multiple?Output, MIMO）的方式可以极大提高信道容量。然而MIMO?SAR图像重建计算较为复杂,且多个通道间幅相不一致和相互耦合容易导致图像出现伪影,严重影响成图质量。基于此,本文对引入非均匀快速傅里叶变换（Nonuniform Fast Fourier Transform, NUFFT）简化的距离迁移算法（Range Migration Algorithm, RMA）成像算法进行了研究;在分析扫描架运动抖动对相位影响的基础上,探究了通过照射金属反射面的MIMO阵列校准方法,实现了192个通道的同时校准;并搭建了毫米波SAR系统实验平台,对伪影消除、成像分辨率等开展了验证实验。实验结果实现了图像重构,成像分辨率达到了2 mm,完成200 mm×200 mm孔径扫描时间缩短至120 s。     

机载大斜视雷达成像算法研究

基于大斜视合成孔径雷达成像的空间几何模型和回波数据的特点,通过距离向和方位向解线性调频处理和在时域进行距离走动和距离弯曲校正,分别对方位向和距离向进行傅里叶变换将信号压至正确的位置上。该算法从成像的实时性出发,立足于在分辨率达到要求的条件下尽可能降低运算量和复杂性。由于补偿了高次相位项,此算法受斜视角的影响很小,能精确地处理大距离走动和弯曲。点目标仿真和实测数据成像结果证明了算法的可行性。