快速扫描机载气象雷达多普勒解模糊算法

本文针对机载气象雷达前视快速扫描下的多普勒模糊问题,提出了两种多普勒解模糊算法：基于改进方位向波束形成算法和基于阻塞矩阵算法。基于改进方位向波束形成算法在传统的Capon波束形成的基础上,利用空间谱积分的方法对非期望信号协方差矩阵进行重构和对导向矢量进行估计,进一步提高了算法的鲁棒性,降低方位角估计误差;基于阻塞矩阵算法需要估计导向矢量,并利用导向矢量计算阻塞矩阵,将接收信号进行多普勒模糊相消预处理,阻塞每个多普勒频点的模糊多普勒分量,以达到解模糊的目的。通过仿真实验证明,两种方法均可以有效地恢复信号的多普勒信息,其中基于阻塞矩阵算法与基于改进方位向波束形成算法相比,有更优良的性能,并有更小的运算量。     

基于深度学习的ViSAR多运动目标检测

视频合成孔径雷达(ViSAR)在地面动目标检测和感兴趣区域(ROI)的动态监测方面具有巨大的潜力。对地面运动目标的检测与跟踪一直是ViSAR的研究热点。针对现有基于深度学习的ViSAR动目标检测方法存在的依赖预训练模型,模型迁移难等问题,本文提出了一种基于深度学习与多目标跟踪(MOT)算法的ViSAR动目标阴影检测方法。该方法首先设计了一种从零开始深度学习的网络模型,实现动目标阴影的单帧检测。为了提高检测性能的鲁棒性,采用了基于卡尔曼滤波和逐帧数据关联的多目标跟踪算法跟踪动目标。实测数据处理结果表明该方法具有良好的检测性能。     

大气折射率波动引起的SAR成像误差分析

合成孔径雷达(SAR)成像中通常默认大气折射率为1,即电磁(EM)波速率等于自由空间光速且忽略大气吸收特性,但实际存在的吸收会减弱入射功率,电磁波速率的变化会引起相位误差,从而影响图像重建.该文定量分析电磁波速率波动和大气吸收对雷达图像的影响,理论推导得出大气吸收会导致振幅误差,表现为散射点在图像中的重建幅度误差;电磁波速率波动会导致相位误差,表现为散射点在图像中的重建位置误差.仿真实验验证了误差分析的正确性.该分析进一步完备了SAR成像误差分析,有助于SAR图像正确解译.     

一种适用于调频步进信号SAR的2维子孔径处理算法

为了将机载SAR超高分辨率(0.1 m)条件下的超大带宽信号的实现和成像信号的处理进行有效结合,首先深入分析了基于PFA的2维重叠子孔径处理算法(PFOSA),并对算法中采用的不合理近似进行了改进;然后将PFOSA应用于调频步进信号的SAR成像处理,在此基础上,提出了一种基于调频步进信号的2维子孔径处理算法.该算法不仅能够将调频步进信号处理与距离子孔径处理相结合,使之无需常规的脉冲合成过程,而且还能够利用子孔径处理获得的目标粗分辨位置信息来有效补偿脉冲簇内由载机运动引起的空变相位误差,从而克服了常规脉冲合成方法无法补偿空变相位误差的缺点.仿真数据处理结果表明,该算法是有效的.     

均匀圆形阵列基于指数形式导数更新的STAP算法

机载相控阵雷达采用均匀圆形阵列天线具有全方位扫描、同时实现仰俯-方位角估计和天线方向图好等优点;但圆形天线特殊的几何结构使得其各距离单元回波不是独立同分布的样本,造成了空时自适应处理技术性能急剧下降。本文提出了一种基于指数形式导数更新(Exponent derivative based updating,EDBU)的杂波抑制方法,该方法通过对样本数据进行指数形式扩展, 减小均匀圆形天线机载雷达杂波的非均匀程度,提高统计型空时自适应处理(Space time adaptive processing, STAP)处理器的性能。仿真结果表明,该方法不仅明显好于局域处理和杂波距离依赖性补偿算法,而且也优于传统的基于导数更新法。     

一种基于动目标聚焦的SAR-GMTI方法

由于输入信杂噪比(Signal to Clutter Noise Ratio, SCNR)较低,杂波抑制后超高频(Ultra-High Frequency, UHF)波段合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像中剩余静止目标杂波导致系统虚警概率较高。该文提出一种动目标筛选方法,能够判断恒虚警概率(Constant False Alarm Rate, CFAR)检测器检测到的目标是否为动目标。提出一种动目原始数据恢复方法,能够从整幅SAR图像中恢复任意孤立点的多普勒相位历史。采用距离多普勒处理对恢复的数据成像,然后采用方位自聚焦处理对所成子图像进行重新聚焦。如果子图像中目标为静止目标,则聚焦前后子图像不变,否则图像被重新聚集。通过检测图像的变化可以排除虚假动目标。仿真及实测数据处理结果说明了该方法的有效性。     

一种VideoSAR动目标阴影检测方法

在高帧率的视频合成孔径雷达(VideoSAR)成像模式获得的图像序列中,多普勒频移使运动目标在实际位置留下阴影,且相邻帧图像具有很强相关性。该文针对上述现象提出一种VideoSAR图像中动目标阴影检测的方法。首先,对每帧图像通过结合尺度不变特征变换(SIFT)和随机抽样一致性(RANSAC)算法实现配准并进行背景补偿,再采用CattePM模型抑制相干斑噪声。然后通过Tsallis灰度熵的最大化阈值分割方法自动分离目标和背景,获得二值图像。最后,对相邻多帧图像背景建模并差分,再结合三帧间差分法提取动目标阴影,结果标记至原帧图像相应位置。基于美国Sandia实验室公布的VideoSAR成像片段,实现了多个移动车辆的检测,验证了所提算法的有效性。     

基于Chirp Scaling的双基SAR成像PFA算法研究

该文研究了基于Chirp Scaling原理实现双基聚束SAR成像的极坐标格式算法(Polar Format Algorithm, PFA)。PFA通过两个一维插值来实现数据的极坐标格式转换,插值计算量较大。该文基于发射信号的线性调频特性,在距离向对极坐标格式数据进行变标处理,仅包含信号复乘和FFT,从而避免了插值运算。文中对于接收Chirp信号和Dechirp信号分别进行了讨论,依照不同流程实现了极坐标格式算法。同插值方法相比,二者聚焦结果相当,但是CS(Chirp Scaling)的方法速度有显著提高。点目标仿真实验验证了此方法的有效性。     

基于信号子空间处理的和/差波束干涉SAR/GMTI技术研究

该文研究了和/差波束干涉SAR/GMTI技术在通道不平衡条件下地杂波对消问题.文中阐述了和/差波束干涉SAR/GMTI的原理,推导了理想条件下地杂波空域对消因子.实际系统中,由于存在通道幅相不一致等误差,直接空域对消并不能有效抑制地杂波.该文研究了基于信号子空间处理的和/差波束干涉SAR/GMTI方案,通过二维信号子空间处理自适应地校正通道误差,进而对地杂波进行空域对消.仿真实验表明该方案对系统误差的敏感度显著下降,具有很好的鲁棒性,更适合于工程实施.     

机载SAR斜视区域成橡研究

本文研究机载合成孔径雷达（SAR）斜视区域成像，提出在一维距离上对地面像素逐个进行距离对准和相位补偿的运动补偿方法。该方法在完成斜地校正的同时，还能有效地改善方位聚焦并减小几何失真。用上述运动补偿方法和线性R-D成像算法，某型机载SAR在试飞实验中成功实现了斜视区域成像。