基于小波变换的干涉SAR图像的降噪方法

根据干涉合成孔径雷达(SAR)图像的噪声来源和性质以及干涉合成孔径雷达信号处理的特点,选择了具有对称性和紧支性的双正交小波变换应用于干涉SAR图像的噪声抑制,提出了基于小波标架表示的干涉SAR相位图像的降噪算法.与传统的低通滤波器及中值滤波器处理的结果对比显示,利用小波变换方法处理干涉合成孔径雷达图像以提高干涉相位精度的方法是可行的,并且小波变换方法是基于观测数据的自适应算法.      

一种干涉SAR复图像数据的快速仿真方法

为了给干涉测高算法提供具有先验知识的干涉数据,进行算法的定量可控误差分析,以完成算法性能的定量评估,针对干涉SAR(合成孔径雷达)数据仿真进行了深入的研究.考虑多种因素,推导出用于干涉SAR仿真的一种仿真模型,能快速完成干涉SAR面目标复图像的仿真;并提出迭代插值算法反推雷达斜距,既很好地去除了干涉SAR仿真中的奇异点效应,又提高了仿真速度.能够为图像配准、相位解缠产生数据源,也可进行基线估计.计算机仿真结果表明,新仿真模型具有快捷、灵活、多功能性,迭代插值算法也具有快速准确性.     

基于方位向多通道星载ScanSAR的MCECS算法

针对如何实现星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)超宽测绘带的问题,对多通道星载SAR扫描模式开展研究.在分析该模式特点的基础上提出了实现超宽测绘带的方法,并推导了多通道扫描模式成像处理算法(MCECS,Multiple Channels Extended Chirp Scaling).该算法利用内定标数据校正通道间的幅相不一致性,通过滤波方法完成了方位向非均匀采样信号的重构.在采用修正的天线长度进行"扇贝效应"校正以及精确聚焦处理后,通过求解四次方程的方法对图像进行快速地理编码,并完成图像的拼接.最后利用计算机仿真验证了算法的有效性.      

基于二维deramp处理的高分辨率 聚束SAR成像算法

有效解决回波信号的数据率是高分辨率聚束式星载SAR的难点之一.基于两步成 像算法和CS(Chirp Scaling)成像算法,提出了一种适用于高分辨率聚束式星载SAR的成像算 法——TDDCS(Two Dimension Deramp Chirp Scaling)成像算法.该算法从距离dechirp处理 后回波信号出发,首先利用二维deramp 处理来消除频谱混叠现象,这不仅能实现以对应条 带模式的脉冲重复频率来设计聚束SAR系统,也保证满足观测带宽度所需的回波窗长度,接 着利用CS处理和相位补偿实现精确的距离徙动校正,最后利用方位相匹配滤波 处理实现方位向压缩,得到最终的成像结果.基于等效斜视模型,给出了整个算法的详细推 导过程和实现流程,通过计算机仿真验证了本算法的有效性.      

基于公共余数最优估计的多通道干涉SAR高程重建方法

针对多通道干涉SAR高程重建方法计算效率较低的问题,提出了一种基于公共余数最优估计的多通道干涉SAR快速高程重建方法。该算法首先对干涉相位去除平地效应后,得出每幅干涉图像任意一个像素对应的缠绕干涉相位,构造出关于干涉相位模糊数的同余方程组;然后利用最优估计法求解出带噪声余数的公共余数的最优估计值,求解出各目标的高程值;最后再利用改进措施得到更高精度的高程重建结果。试验数据处理结果表明,该方法使得多通道干涉SAR高程重建的计算效率有了显著提升。     

基于deramp的星载聚束式SAR改进ECS算法

基于两步成像算法和ECS(Extended Chirp Scaling)成像算法,提出一种结合Deramp预处理的星载聚束式SAR(Synthetic Aperture Radar)改进的ECS成像算法.Deramp预处理是基于SPECAN算法的思想,将信号通过非空变的方位滤波器实现批压缩,该方法在保证成像分辨率的前提下,通过deramp处理消除了由采样率不足导致的方位频谱混叠特别是在星载SAR高分辨率聚束模式下.尽管ECS算法中的子孔径处理可以降低对系统脉冲重复频率的要求,但是脉冲重复频率依然受到单点多普勒带宽的限制.所介绍的方法可以进一步降低ECS算法中子孔径分割处理对脉冲重复频率的要求,使得ECS的算法的应用更为广泛.通过对点目标进行仿真和成像,成像指标评估验证了该算法的可行性.     

基于幅度和相位联合的ATI动目标检测新方法

分析了影响SAR-ATI动目标检测干涉相位图中点幅度和相位分布的因素——包括雷达噪 声、杂波能量、地面RCS起伏以及成像时的旁瓣等.针对SAR-ATI检测时虚警概率过高问题, 基于幅度门限和相位门限联合动目标检测处理,提出了一种改进方法:首先对SAR每一个 通道的图像域中相位被污染的点作一次关于能量梯度的预滤波,在滤除了干涉相位图中相位 失效的点之后,根据雷达的固有噪声及干涉相位分布图,在概率意义下设定滤波门限进行 自适应幅度滤波;最后采用相位门限进行检测处理,有效降低了虚警概率;同时给出一个 由干涉相位图中统计量拟合出的动目标检测曲线经验公式,能够明显降低在低杂噪比条件下 的虚警概率.仿真结果验证了此方法的有效性.      

PS-InSAR技术在伯克利山滑坡监测中的应用

针对伯克利山的滑坡问题,利用从1992年到2010年期间获得的大量ERS1/2,Radarsat-1,TerraSAR-X星载雷达数据,提出运用永久散射体(PS-InSAR,Persistent Scatterer Interferometry Synthetic Aperture Radar)技术,以一幅主图像为基准,与其他SAR图像分别进行差分干涉处理,并限定幅度和相位双重阈值选择PS点,分析其相位在时域空域的频谱特性,最后通过滤波处理提取形变部分,结果成功地定位了伯克利山的滑坡区域,得到了地形的形变速率,为今后的灾害预警打下了基础.     

一种融合MRF分割与数学形态学的道路提取算法

针对高分辨率合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）图像中道路目标难以有效提取的问题,提出一种融合马尔可夫随机场（Markov Random Field, MRF）分割与数学形态学处理的高分辨率SAR图像道路提取算法。该算法首先利用直方图均衡化和增强Lee滤波对SAR图像进行预处理,实现道路的边缘增强,抑制相干斑噪声;进而利用基于条件迭代模式（Iterated Conditional Mode, ICM）的MRF对SAR图像中的道路目标进行初分割;再用数学形态学填充空洞,平滑道路边缘;最后,基于道路的几何特征,使用偏心率、矩阵度、复杂度等因子去除虚警,从而提取出道路目标。利用该文算法对两块实际高分辨率SAR图像进行道路目标提取,均可以取得90%以上的正确道路提取率,表明本文算法具有较高的道路提取精度。     

星载合成孔径雷达的一种新波形及其处理技术

分析研究了步进频率脉冲串信号在星载合成孔径雷达 (SAR)中应用时的多普勒效应 ,并提出了一种纵向距离合成高分辨成像时多普勒二次相位的补偿方法 ,从而消除了纵向距离分辨率的恶化和信噪比损失 ,同时还可以消除纵向距离向与方位向之间的多普勒耦合     

月地双基SAR成像的快速后向投影算法研究

为了提高对全球变化的大尺度观测能力,月基对地观测的概念应运而生。由于月基单站合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的双程传播会造成回波信噪比衰减,为此针对月地双基SAR工作模式展开研究。考虑到月、地、星复杂的相对运动为成像带来困难,根据月、地、星的几何关系建立平面直角回波模型。同时考虑到月球和卫星运行轨迹的弯曲性,分析模型误差,推导了精确的回波二维频谱表达式。在此基础上提出了一种基于快速后向投影的SAR成像算法,补偿了方位空变的模型误差,利用频域子孔径成像和频谱融合实现成像算法的快速化。通过分析可知月地双基SAR的理论回波信噪比与地月距离的平方成反比,与月基单站SAR相比有显著提升,最后通过X波段SAR仿真数据验证了文章算法处理月地双基SAR成像问题的效性。     

SAR图像非平稳性对图像模型和滤波降噪方法的影响

从随机过程理论角度按平稳程度把合成孔径雷达(SAR)图像分为分辨单元内平稳、分辨单元内不平稳、处理窗内局部平稳和处理窗内局部不平稳4种情况,研究了非平稳性对图像的斑点乘性噪声模型、场景-斑点乘积模型和结构邻域模型的影响,得出各自的平稳性适用条件,并在此基础上评价了各种滤波降噪方法的性能,用实际数据进行了验证.      

太阳X-EUV成像望远镜的图像优化处理

太阳X-EUV成像望远镜主要用来监测和预报影响空间天气变化的太阳活动,成像资料专门服务于空间天气预报研究.为了满足望远镜的空间适应性,望远镜获取的图像会受到其结构调制形成的噪声干扰.本文主要对望远镜所获取的图像进行优化处理,讨论了傅里叶变换的物理意义及其在图像处理中的应用.通过二维离散傅里叶变换,将图像变换到频率域空间;选用巴特沃思陷波滤波器滤波,通过程序设计,实际调试,在尽量减少图像失真的前提下,滤除图像中的周期性噪声.优化后的图像有利于进一步分析太阳活动现象.      

一种基于DCT的SAR图像自聚焦算法

研究了一种基于离散余弦变换(DCT, Discrete Cosine Transform)的SAR(Synthetic Aperture Radar)图像自聚焦算法.该方法从复图像域出发,通过在距离压缩相位历史域引入相位误差模型,改变图像的聚焦程度直至一维像的DCT序列在高序数区域的权值达到最大,从而完成误差校正.同相位梯度自聚焦算法相比,该方法无需在图像域分离出强点目标,因此特别适用于无任何明显特征的图像.由于DCT存在快速算法,使得该自聚焦算法计算量较少,更易实现.实测数据及仿真数据的成像结果证明了此方法的可行性.      

基于模糊和最小二乘的SAR图像线特征提取

针对合成孔径雷达(SAR, Synthetic Aperture Radar)图像的特点,提出一种线特征提取算法.该算法首先抑制相干斑噪声,然后对SAR图像进行模糊变换和增强,再基于假设的SAR图像灰度模型,用最小二乘法设计出低通和高通滤波器,最后检测出线特征散点,并进行连接,得到SAR图像的线特征图.实验证明本算法抗噪声干扰,边缘定位精度达到1个像素.     

快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数,在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz,无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移,不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此,提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略,使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数,然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型,推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数,并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明,该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz,同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。     

干涉SAR中相位图的噪声抑制

探讨干涉合成孔径雷达(INSAR)中干涉相位图的噪声抑制方法.在讨论多视平均法抑制噪声的基础上,提出了极限平均视数的概念,推导了极限平均视数的确定公式.在比较条件邻域平均、模糊中值滤波和模数滤波3种非线性噪声抑制方法的基础上,提出了一种结合多视平均和非线性滤波的干涉相位图噪声抑制实现方法,并用ERS-1/2数据的实际处理结果验证了方法的有效性.      

High-performance altimeter Doppler processing for measuring sea level height under varying sea state conditions

This paper describes an innovative method for processing nadir altimeter data acquired in Synthetic Aperture Radar (SAR) mode, enhancing the system performances over open ocean. Similarly to the current SAR data processing scheme, the so-called LR-RMC (Low Resolution with Range Migration Correction) method, originally designed by Phalippou and Demeester (2011), includes Doppler beam forming, Doppler shift correction and range correction. In LR-RMC, however, an alternative and less complex averaging (stacking) operation is used so that all the Doppler beams produced in a radar cycle (4 bursts of 64 beams for the open-burst Sentinel-3-mode altimeter) are incoherently combined to form a multi-beam echo. In that manner, contrarily to the narrow-band SAR technique, the LR-RMC processing enlarges the effective footprint to average out the effects of surface waves and particularly those from small sub-mesoscale structures (<1 km) that are known to impact SAR-mode performances. On the other hand, the number of averaged beams is as high as in current SAR-mode processing, thus providing a noise reduction at least equally good. The LR-RMC method has the added benefit of reducing the incoherent integration time with respect to the SAR-mode processing (50 ms compared to 2.5 s) limiting possible surface movement effects. By processing one year of Sentinel-3A SRAL SAR-mode data using the LR-RMC method, it is shown that the swell impact on the SAR altimeter performances is totally removed and that an improvement of 10–50% is obtained in the measurement noise of the sea surface height and significant wave height with respect to SAR mode. Additionally, observational capabilities over the middle scales are enhanced potentially allowing the ocean mesoscale features to be retrieved and observations assimilated more usefully in ocean models.     

Exploring the potential of Sentinel-3 delay Doppler altimetry for enhanced detection of coastal currents along the Northwest Atlantic shelf

In this study, we evaluate Sentinel-3A satellite synthetic aperture radar (SAR) altimeter observations along the Northwest Atlantic coast, spanning the Nova Scotian Shelf, Gulf of Maine, and Mid-Atlantic Bight. Comparisons are made of altimeter sea surface height (SSH) measurements from three different altimeter data processing approaches: fully-focused synthetic aperture radar (FFSAR), un-focused SAR (UFSAR), and conventional low-resolution mode (LRM). Results show that fully-focused SAR data always outperform LRM data and are comparable or slightly better than the nominal un-focused SAR product. SSH measurement noise in both SAR-mode datasets is significantly reduced compared to LRM. FFSAR SSH 20-Hz noise levels, derived from 80-Hz FFSAR data, are lower than 20-Hz UFSAR SSH with 25% noise reduction offshore of 5 km, and 55–70% within 5 km of the coast. The offshore noise improvement is most likely due to the higher native along-track data posting rate (80 Hz for FFSAR, and 20 Hz for UFSAR), while the large coastal improvement indicates an apparent FFSAR data processing advantage approaching the coastlines. FFSAR-derived geostrophic ocean current estimates exhibit the lowest bias and noise when compared to in situ buoy-measured currents. Assessment at short spatial scales of 5–20 km reveals that Sentinel-3A SAR data provide sharper and more realistic measurement of small-scale sea surface slopes associated with expected nearshore coastal currents and small-scale gyre features that are much less well resolved in conventional altimetric LRM data.