基于运动参数估计的中轨道星载SAR舰船成像算法研究

中轨合成孔径雷达具有非匀直运动轨迹的特点,对非合作运动舰船目标成像时,相对运动复杂,成像困难.提出一种适用于中轨SAR海上运动舰船目标的高分辨成像算法,首先分析中轨SAR的特性,推导中轨SAR精确的斜距模型,分析由运动舰船引起的回波相位误差,结合斜距模型和多普勒参数估计推导舰船运动参数,进而修正斜距模型,根据修正后的斜...     

方位向非均匀采样对多通道天线星载SAR成像性能的影响

方位向周期性非均匀采样是多通道天线星载SAR系统设计时需要考虑的一个重要因素。针对多通道天线星载SAR系统中存在的方位向周期性非均匀采样对成像性能的影响进行了分析。在建立多通道天线星载SAR回波信号模型的基础上,根据成对回波理论和匹配滤波原理推导了由方位向周期性非均匀采样所造成的虚假目标位置与强度的计算公式,并结合成像处理过程分析了二维成像处理算法对虚假目标的影响,给出了二维成像处理后所得到的虚假目标强度计算公式。最后,通过计算机仿真验证推导与分析的正确性。     

一种基于压缩感知的高分辨率宽测绘带合成孔径雷达成像算法

针对高分辨率宽测绘带合成孔径雷达（High Resolution Wide Swath Synthetic Aperture Radar, HRWS SAR）在俯仰向波束形成受地面目标高程影响造成增益损失以及在方位向非均匀采样造成模糊的问题,文中提出了一种基于压缩感知（Compressed Sensing, CS）技术的HRWS SAR成像算法。根据SAR系统和平台参数建立精确的观测模型后,通过求解优化问题直接准确地估计出了在地面高程变化影响下的目标来波方向（Direction of Arrival, DOA）并重建了非均匀采样下的方位向观测场景,从而实现了HRWS SAR在俯仰向和方位向的非模糊成像。仿真结果表明了本文算法的有效性。     

基于分数傅立叶变换的SAR成像算法研究

当距离徙动较小时,合成孔径雷达(SAR)回波信号在方位向和距离向都可以转化为调频信号,据此提出一种基于分数傅立叶变换(FRFT)的SAR成像算法,通过距离向和方位向的特定阶次的FRFT,在两个方向上把回波信号同时近似地压缩为脉冲函数。理论分析和仿真数据结果表明,该算法计算简单快速,只需两次FRFT即在分数傅立叶域可以有效成像,并且成像精度优于传统的Chirp Scaling算法。     

极化SAR直线运动目标建模与雷达回波仿真

主要研究了极化SAR对直线运动目标的成像仿真，并对成像结果进行时频分析。根据极化SAR工作原理，推导并建立交替发射同时接收体制下的运动目标回波模型，利用R—D成像算法分别对匀速运动目标、匀加速运动目标进行了仿真。最后利用Wigner-Ville分布对仿真结果进行分析，验证了该仿真模型的正确性。     

基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法

方位向DPCA多通道技术能够提高星载TOPSAR模式的方位分辨率,但TOPSAR回波信号的场景多普勒频谱混叠和方位非均匀采样给多通道TOPSAR成像带来了困难。针对这个问题,提出了一种基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法。该方法通过调整方位向发射/接收子孔径的等效相位中心位置,使等效相位中心分布基本满足均匀采样的要求,同时利用复制拼接的方法解决了TOPSAR多普勒频谱混叠问题,最后利用改进的SPECAN算法完成聚焦成像。该成像方法避免了方位向多通道非均匀采样信号的重构操作,同时复制拼接操作和改进的SPECAN算法避免了方位向数据分块操作和方位时域的扩展。点目标和分布目标的仿真结果验证了提出的成像方法。     

基于起伏地形的干涉SAR回波数据仿真

地形起伏造成SAR图像几何畸变,从而对回波数据产生重要影响,基于此提出一种基于起伏地形的干涉SAR回波数据仿真方法。建立了地距几何仿真方案,通过插值对地面目标点进行重采样,有效地实现了SAR图像中几何畸变的仿真。提供了一种新的相关性复后向散射系数模型,考虑了散射系数幅度的随机起伏特性和两通道随机相位的相关性,进而建立时域回波信号模型,通过对方位回波信号插值,一定程度上减小了距离门取整带来的误差,最后给出干涉SAR回波数据的仿真流程。计算机仿真结果表明该算法不仅能有效体现干涉SAR图像中的几何畸变,而且验证了相关性后向散射模型和回波信号模型的正确性。     

基于直升机平台SAR的方位重影抑制方法

直升机合成孔径雷达(SAR)已成为遥感领域的重要探测工具。针对平台微小高频振动导致方位重影,造成图像质量降低的问题,提出了一种振动相位补偿算法。首先利用回波录取的几何构型,推导基于直升机振动平台的SAR回波表达式,并引入雅可比-安格尔恒等式,对回波完成一阶贝塞尔级数展开,获得高频振动误差与方位向重影的关系式。然后,从直升机SAR实测数据入手,对方位相位进行差分、提取和快速傅里叶变换,得到振动频点信息,并对频点信息进行反演,得到高频误差相位。最后,利用高频误差相位对原始回波进行补偿,抑制成对回波模糊现象,从而消除方位重影。基于实测数据的成像处理结果验证了所提方法的有效性。     

地球同步轨道SAR曲线轨迹模型和成像算法研究

由于地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)轨道高度高,地球自转对其影响较为严重,其相对地球的运动变得更为复杂,低轨SAR中的直线轨迹模型已不能精确逼近其真实成像几何,基于该模型推导的成像算法也不再适用。针对这一问题,本文首先根据GEO SAR平台的运动特点,使用高阶逼近模型建立了适用于GEO SAR长合成孔径时间的斜距方程,并结合级数反演法,推导出该斜距方程下的二维频谱高阶近似表达式。在此基础上提出了一种二维频域成像算法并分析了其运算量。该算法所有操作都由快速傅里叶变换和相位点乘完成,具有较高的效率。点目标仿真结果表明本文斜距方程精度较高,该算法能实现GEO SAR全孔径高精度成像。     

高速平台下动目标高分辨成像方法研究

高速平台对地面强散射移动目标或者海面舰船目标进行合成孔径雷达成像（SAR）时，存在两方面问题：一是传统SAR匀速直线模型已不适应高速平台自身高动态运动特征；二是目标的非合作运动一方面会引起图像散焦，另一方面动目标在地距图中的位置会产生较大偏移。针对这两个问题，首先在匀加速度模型频域相位滤波算法下，推导出了精确的斜地投影关系以及近似的反投影关系，同时给出了基于惯性组合导航（INS）的平台运动补偿方法，最后结合自聚焦技术，完成对舰船目标的聚焦并得到以目标为图像中心的地距图。     

一种适合于斜视TOPS SAR的改进PFA成像方法

针对斜视循序扫描地形观测(TOPS)合成孔径雷达(SAR)成像模式,对广义极坐标格式算法(PFA)进行改进,提出了一种先线性走动校正(LRWC)后PFA插值的成像方法。利用LRWC显著降低了距离向与方位向的耦合,简化了距离单元徙动校正过程。走动校正后方位向采样依然是均匀的,因此方位向插值可采用Chirp-Z变换快速实现。对于波束扫描及走动校正引起的多普勒调频率的方位空变问题,采用方位非线性变标(ANCS)的方法进行统一校正,大幅提高了方位向的聚焦深度,扩大了可良好聚焦的场景范围。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。     

弹载聚束SAR平台的PFA算法

高分辨率SAR图像有助于导引头选择目标的关键部位进行精确打击,以扩大毁伤效果.尽管雷达平台在末制导阶段运动非常复杂,但由于天线始终指向目标,可以认为几何场景是聚束模式.而弹载平台的运动与机载平台不同,方位向和距离向都会作非匀速运动.非匀速运动不仅会引起越距离单元迁徙(MTRC),还会导致方位角非均匀变化,从而造成成像结果在距离向和方位向均出现散焦.本文通过对弹载聚束SAR几何场景和运动特点的分析,推导了变速条件下的PFA算法.首先研究了径向运动造成的越距离单元迁徙,并分析了运动补偿精度对成像质量的影响;然后采用SINC插值处理横向变速转动造成的方位角非均匀变化的问题.仿真实验获得良好聚焦的SAR图像,验证了本文方法的有效性.     

一种多普勒域走动校正的斜视SAR成像算法

为了解决时域校正走动带来的方位空变性问题,提出了一种在方位多普勒域走动校正的斜视合成孔径雷达（SAR）成像算法。文中利用级数反演理论,将斜距公式展开至三次项,推导出SAR回波信号的两维频谱表达式。再从两维频谱出发,提出了基于两维频谱匹配滤波的斜视SAR成像算法。该算法考虑到距离空变性问题,提出先在两维频域进行走动校正和相位预滤波,接着在距离多普勒域进行线性频率变标的处理方法,经过距离脉压和方位脉压能够得到聚焦良好的SAR图像。此外,该方法与距离徙动（RMA）算法相比可以有效地降低需要处理的数据量。最后,临近空间SAR仿真实验证明本文提出方法的可行性和有效性。     

一种方位时变GEO SAR成像处理新算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)回波模型的距离空变和方位时变问题,提出一种基于改进距离-多普勒(RD)和方位向调频尺度变换(CS)的成像算法。首先引入四阶泰勒展开模型解决成像中存在的弯曲轨迹问题,然后对传统RD算法进行改进,补偿距离空变,最后对方位时变进行建模,通过方位向CS补偿方位时变,使GEO SAR能够进行更大场景的成像。结合天基雷达先进仿真系统(SBRAS)进行仿真,验证了该算法的有效性。     

基于最小二乘支持向量机的SAR平台定位

将SAR平台定位分解为粗略定位和精确定位两个阶段。首先,在SAR正侧视成像的条件 下,利用某个方位门内的所有控制点,采用非线性最小二乘平差粗略估计出SAR平台在该方 位时刻的空间位置,并从理论上推导了控制点的误差协方差矩阵到SAR平台定位的误差协方 差矩阵的传递规律。其次,利用各个方位时刻粗略估计的SAR平台位置,采用最小二乘支持 向量回归机精确估计SAR平台的运动方程,从而精确估计SAR平台在某个时刻的空间位置。仿 真试验表明,本文提出的方法能够精确地反演出SAR平台的空间位置。
     

Research on compensation of motion,Earth curvature and tropospheric delay in GEOSAR

GEOSAR (synthetic aperture radar on geosynchronous satellite) becomes a potential method of space-borne geoscience remote sensing. Though it has attractive characters such as extra long observing time and very large observing area the unique geometry and relative motion are quite different from straight line required by SAR, and long integration time also causes delay by troposphere and ionosphere. Curvature of the Earth is no long negligible in GEOSAR. Especially, principle of azimuth compression in GEOSAR should be different from that of traditional SAR.In order to fulfill practical GEOSAR such problems should be solved. A new solution of azimuth compression together with motion compensation is presented here by taking the advantages of GEOSAR movement. A new method to overcome the Earth curvature in range compression of EACH footprint is testified. After compensating the Earth curvature traditional methods for range cell migration correction can be used in GEOSAR. Multi-sub-aperture method is applied to eliminate the phase delay caused by troposphere. This modified imaging algorithm makes it possible for GEOSAR to have long integration time and high resolution.