基于距离子带的机载SAR高精度多级空变运动补偿

运动补偿（MOCO）是机载合成孔径雷达（SAR）获取高质量图像的关键,超高分辨率成像中,如何精确、高效地校正空变运动误差仍是很大的挑战。本文提出了一种改进的多级空变运动补偿方案,兼顾处理的精度和效率。首先,采用一步运动补偿法有效去除运动误差的距离空变分量,避免引起额外的距离徙动校正（RCMC）误差。同时,修正视线方向误差的传统计算方式,保证相位精度的前提下结合距离子带实现无插值的近似距离包络补偿。然后,利用距离子带降低残余方位空变误差的距离空变性和对方位时频关系的影响,显著改善宽波束情况下的聚焦效果,降低孔径依赖补偿算法的运算量。最终分辨率达到0.1 m,具有实际工程应用价值。点目标仿真和实测数据处理验证了所做的研究。     

一种用于条带模式SAR成像的自聚焦算法

 针对现有条带模式合成孔径雷达（SAR）成像的自聚焦算法中,相位的拼接会引起误差的严重积累,本文结合相位梯度自聚焦（PGA）算法和子孔径偏移（MD）算法,提出了一种新的用于条带模式SAR成像的自聚焦算法（PGA-MD）。该算法先利用PGA算法有效估计各子孔径相位误差函数,再利用相邻子图间方位向偏移量和线性相位之间的关系,通过MD算法精确估计相邻子图间方位向偏移量,然后计算线性相位差,并基于—阶导数实现子孔径相位误差函数拼接。理论分析以及实测数据处理结果对比均表明PGA-MD算法可以有效提高对条带SAR图像的自聚焦效果。     

基于数值计算的机载SAR空变运动补偿算法

针对机载合成孔径雷达(SAR)高分辨率宽测绘带(HRWS)成像问题,在分析结合两步运动误差补偿的距离徙动算法基础上,提出一种基于数值计算的空变运动误差补偿算法。通过对粗聚焦图像进行分块,在子块的两维波数域进行空变运动补偿,补偿的相位包括方位相位误差、距离相位误差以及方位和距离的耦合相位,因此该算法在复杂航迹、高分辨和宽测绘带情况下仍具有较好的鲁棒性。最后对SAR仿真数据和实测数据进行处理,并与结合两步运动误差补偿的距离徙动算法进行比较,处理结果表明该算法能够更好地补偿空变运动误差。     

一种超高分辨率机载聚束SAR两维自聚焦算法

受运动参数测量误差和大气扰动等因素影响,合成孔径雷达(SAR)图像通常会发生散焦,利用自聚焦对散焦的SAR图像进行后处理是一种有效的重聚焦手段。传统的自聚焦算法都只是针对方位一维相位误差的估计和补偿。随着成像分辨率的提高,自聚焦时残留距离徙动的校正成为SAR成像面临的一个新挑战。本文推导得到了极坐标格式算法处理后残留距离徙动和方位相位误差的解析表达式,分析了两者之间的内在关系,并利用该关系,提出了一种能够同时进行残留距离徙动和方位相位误差补偿的两维自聚焦算法。实测数据处理结果表明,在残留距离徙动效应不可忽略的条件下,该方法能够极大地改善原有自聚焦算法的聚焦性能。     

复杂航迹和起伏地形条件下机载聚束SAR 空变运动补偿

 运动补偿是雷达平台机动飞行条件下合成孔径雷达(SAR)实现精确聚焦成像的前提,而如何精确实现运动误差的空变补偿(误差补偿随目标距离、方位和高度位置的变化而变化)目前还存在很大的挑战。本文提出了一种新的三阶运动补偿方法,能够有效解决复杂雷达航迹和地形起伏条件下运动误差的空变补偿问题。该方法首先以场景中心为参考进行空不变运动补偿,然后以多个子场景中心为参考进行空变运动补偿,最后再利用极坐标格式算法(PFA)统一补偿每个像素的空变误差。仿真数据处理结果验证了本文方法的有效性。     

星载Mosaic模式SAR成像算法研究

以色列发射的第1颗SAR(合成孔径雷达)侦察卫星TECSAR中成功应用了一种新的工作模式———Mosa-ic模式,该模式兼具高分辨率和大成像测绘带的优势。给出了该模式可行的成像方案,并提出了一种解多普勒模糊的方位变调频算法,结合ECS(扩展线频调变标)算法对该模式进行成像,降低了系统对PRF(脉冲重复频率)的要求,在系统所能达到的有限PRF条件下,最大程度地增加了马赛克单元的方位无模糊成像宽度。仿真结果验证了算法的有效性。     

稀疏孔径ISAR机动目标成像与相位补偿方法

现代逆合成孔径雷达(ISAR)可实现多模式下对多目标的交替测量工作,但波束切换使得任一目标的方位孔径具有稀疏性,同时目标的机动性也使得目标的方位维信号具有高次调制特性,这均导致以连续采样信号模型为基础的传统ISAR运动补偿和成像方法难以直接应用。本文提出一种新的稀疏孔径(SA)ISAR机动目标相位补偿和成像方法。该方法首先建立了稀疏孔径ISAR机动目标的信号模型,然后通过求解2范数最大化的优化函数,实现对相位误差的精确估计,并且通过迭代处理提高了相位误差的估计精度。相位误差补偿后,根据压缩感知理论,构造了机动目标情况下的Chirp-Fourier字典,通过对稀疏优化问题的求解,能够较精确地从稀疏孔径信号中重构出机动目标的全孔径(FA)信号。仿真和实测数据处理结果证明了本文方法的有效性。     

一种适用于快速分解后向投影聚束SAR成像的自聚焦方法

基于孔径分解和图像递归融合的快速分解后向投影(FFBP)算法具备接近频域算法的运算复杂度和媲美后向投影(BP)算法的聚焦性能。但与频域成像算法不同,使用FFBP算法重建的直角坐标系图像或极坐标系图像均无法满足传统自聚焦方法的使用条件。为了解决这个问题,首先,提出了虚拟极坐标系作为FFBP算法的图像重建平面,为自聚焦方法的使用奠定了基础;其次,以基于回波数据的运动补偿为目标,充分利用FFBP算法多孔径递归融合的特点,将多孔径图像偏移(MAM)的相位估计方法嵌套到FFBP算法的各个阶段,从而实现MAM与FFBP算法的紧密相容;最后,通过实测数据处理验证了该方法的可行性和有效性。     

一种孔径和频率二维稀疏的步进频SAR成像方法

 步进频率信号(SFWs)在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下能够获得高的距离向分辨率的同时,也存在着抗干扰能力较差及其等效重复频率较低的问题,并且在方位向积累时间内由于雷达载机工作状态的变化,会导致方位向的数据录取不完整。针对上述问题,提出一种孔径和频率二维稀疏的步进频合成孔径雷达(SAR)成像方法。首先,分析了稀疏步进频率信号(SSFWs)的SAR成像模型,然后基于压缩感知理论完成距离向成像处理。其次,针对稀疏孔径的回波数据,通过构造成像算子和压缩感知重建模型的方法实现其距离徙动校正和方位压缩处理,进而获得二维成像结果。相比于传统的步进频率信号SAR成像,利用所提方法能够在少量的频率资源和雷达回波数据情况下实现准确的SAR成像。最后,通过对仿真和实测的步进频率雷达数据进行成像处理,验证了所提方法的有效性和可行性。     

机载SAR反投影图像自聚焦处理方法

反投影算法(BPA)是一种经典的时间域合成孔径雷达(SAR)成像处理方法。BPA对回波数据插值累加得到图像,运动误差导致的目标散焦沿不同的倾斜角度存在,无法直接应用现有的自聚焦算法。为此,提出了一种新颖的BPA图像运动补偿方案。基于反投影数据运动相位误差和距离徙动分析,研究了修正投影栅格成像,从而去除重建图像中目标散焦方向的空变特性。在中低分辨率配置下,重建SAR图像能够直接应用相位梯度自聚焦(PGA)等进行运动补偿。点目标仿真实验和实测数据结果验证了该算法的有效性。     

基于压缩感知的MIMO-SAR运动误差补偿与成像

多发多收合成孔径雷达（MIMO-SAR）利用多通道空间并行采样的优势可实现高分辨成像,但不可避免地存在运动误差与海量数据不便于存储与传输的问题。针对该问题提出一种基于压缩感知的MIMO-SAR运动误差补偿与成像方法。首先通过详细分析MIMO-SAR运动误差回波信号模型,在全采样条件下利用两步运动补偿技术实现对回波数据的运动误差补偿处理,其次针对降采样回波数据的运动误差补偿,通过构造变换算子与压缩感知（CS）重构模型的方法实现第1步运动误差补偿、距离脉压以及距离徙动校正处理,然后再进行第2步误差补偿与方位向脉压处理获得成像结果。最后通过仿真实验验证了所提方法能够在大幅压缩回波数据的情况下,实现MIMO-SAR运动误差补偿与成像处理。     

高信噪比、高分辨宽测绘带成像

针对传统高分辨和宽测绘带以及高信噪比和宽测绘带之间的矛盾,提出一种基于脉内扫描面阵合成孔径雷达(SAR)系统的二维空域联合处理算法实现高信噪比、高分辨宽测绘带成像。文中首先建立脉内扫描面阵SAR系统模型,该系统采用低脉冲重复频率(PRF)获得宽测绘带信息,同时利用脉内扫描方式获得高信噪比的回波信号。对于低PRF采样宽多普勒谱(对应方位高分辨)引起的多普勒模糊以及脉内扫描引起的距离模糊,提出一种二维空域联合处理算法解距离和多普勒模糊,并且详细地分析了地形高度变化对解模糊算法的影响。最后,通过仿真实验验证了本文算法的有效性。     

方位维逆合成孔径雷达(ISAR)运动补偿成象中的预加处理

在方位维逆合成孔径雷达（ISAR）运动补偿成象中,为了获得方位维的高分辨力,需要处理的数据量很大。预加处理首先对原始数据进行频移和滤波,然后由滤波后的数据进行抽取,从而大大压缩了所需处理的数据,减小了运动补偿和成象的计算量,提高了成象处理速度。电磁仿真数据和外场实测数据的处理结果验证了预加处理的有效性。     

弹载合成孔径雷达自适应重频分析与设计

弹载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的目标距离、视线角由于高速逼近目标而快速变化,这导致传统的固定脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)(简称重频)波形难以兼顾弹载SAR雷达在成像各方面的约束条件,故需要根据当前弹体运动和弹目关系变化情况实时计算重频。详细分析了影响重频选择的各项因素,包括避免距离模糊、方位模糊、高度杂波、发射遮挡影响及SAR成像分辨率、系统相参性要求等影响因素,并设计了自适应重频计算的工作流程。某SAR雷达系统实验表明,该设计能够在实际飞行弹道条件下根据实际弹目关系自适应调整脉冲重复频率,从而更好地实现SAR雷达系统的工作性能,有效解决了固定重频波形不能适应弹载SAR工作条件的难题。     

双基地角时变下的ISAR稀疏孔径自聚焦成像

针对双基地角时变下的逆合成孔径雷达（ISAR）成像分辨率低以及稀疏孔径存在相位误差引起图像散焦等问题,提出了一种基于贝叶斯压缩感知（BCS）的双基地ISAR稀疏孔径自聚焦高分辨成像算法。在平动补偿后回波数据的基础上,首先构造补偿相位将由双基地角时变引起的多普勒偏移补偿掉,然后构造随双基地角变化的稀疏基矩阵,建立基于压缩感知的双基地ISAR稀疏孔径观测模型,并将相位误差作为ISAR成像的模型误差,接着假设目标图像各像元服从Laplace先验、噪声统计特性服从Gaussian分布,利用贝叶斯推理进行"分布式"迭代求解,在高分辨成像的同时实现了相位自聚焦,仿真结果验证了算法的有效性和优越性。     

聚束SAR扩展Chirp Scaling成像算法.

在合成孔径雷达（SAR Synthetic Aperture Radar)的成像算法中，Chrip Scaling成像算法具有计算效率高的优点，因此得到了较为广泛的应用。详细研究了子孔径扩展Chirp Scaling算法在高分辩率聚束模式SAR中的应用，包括子孔径划分和方位向处理问题，针对A.Moreira等1996年所提算法在处理聚束SAR数据时所产生的问题，给出了经过改进的适合于大斜视角处理的整个计算过程的完整表达式。在给出点目标仿真的同时，利用E-SAR实际数据对述方法进行了验证，结果对具体的兼容条带和聚束两种工作模式的SAR处理机设计具有一定的参考价值。     

Moving target imaging algorithm for SAR data

A digital processing algorithm for fine-resolution imaging of synthetic aperture radar (SAR) moving targets is described. The targets may have any translational and rotational motion components relative to the data collection platform. The algorithm requires the presence of up to three prominent points in the image of the target; the signals from these points provide estimates of the unknown target motion parameters. Phase compensation and data formatting based on these estimates eliminate motion-induced phase errors. This algorithm has been implemented on a VAX computer and used to process both simulated and real SAR data of moving targets. Results obtained using the simulated data are presented     

Precision tracking algorithms for ISAR imaging

The simultaneous imaging and tracking of a moving target is one of the most difficult problems in inverse synthetic aperture radar (ISAR) signal processing. The problem is addressed here using a two-antenna imaging radar. The target range shift is sensed with an exponentially averaged envelope correlation algorithm while the angle change is measured with a differential phase shift algorithm. The three state Kalman filters are used in range and azimuth dimensions to provide both a filtered estimate and a one-sample-ahead prediction for the purpose of target tracking. The filtered range shift provides an accurate information for range bin alignment, and the target angle change provides the angular positions of the synthetic array elements. Therefore, the ISAR imaging simply becomes processing of a circular-arc aperture. The algorithms are verified both by computer simulations and also with experimental data processing     

Digital Beamforming on Receive: Techniques and Optimization Strategies for High-Resolution Wide-Swath SAR Imaging

Synthetic Aperture Radar (SAR) is a well-proven imaging technique for remote sensing of the Earth. However, conventional SAR systems are not capable of fulfilling the increasing demands for improved spatial resolution and wider swath coverage. To overcome these inherent limitations, several innovative techniques have been suggested which employ multiple receive-apertures to gather additional information along the synthetic aperture. These digital beamforming (DBF) on receive techniques are reviewed with particular emphasis on the multi-aperture signal processing in azimuth and a multi-aperture reconstruction algorithm is presented that allows for the unambiguous recovery of the Doppler spectrum. The impact of Doppler aliasing is investigated and an analytic expression for the residual azimuth ambiguities is derived. Further, the influence of the processing on the signal-to-noise ratio (SNR) is analyzed, resulting in a pulse repetition frequency (PRF) dependent factor describing the SNR scaling of the multi-aperture beamforming network. The focus is then turned to a complete high-resolution wide-swath SAR system design example which demonstrates the intricate connection between multi-aperture azimuth processing and the system architecture. In this regard, alternative processing approaches are compared with the multi-aperture reconstruction algorithm. In a next step, optimization strategies are discussed as pattern tapering, prebeamshaping-on-receive, and modified processing algorithms. In this context, the analytic expressions for both the residual ambiguities and the SNR scaling factor are generalized to cascaded beamforming networks. The suggested techniques can moreover be extended in many ways. Examples discussed are a combination with ScanSAR burst mode operation and the transfer to multistatic sparse array configurations.