具有实时图像形成能力的高分辨率、四波段SAR试验台

描述了在Sandia国家实验室研制的双水獭SAR试验台。该试验台很灵活、适应性强，能工作于四种频：Ka、Ku和VHF／UHF频带。这种SAR的特点是在聚束模式和条带测绘模式下具有高分辨实时图像形成能力。高质量的图像是采用重叠子孔径（OSA）图像形成算法和相位梯度自聚然（PGA）算法实时形成的。     

一种聚束SAR回波数据压缩成像方法

针对聚束合成孔径雷达(SAR)成像中的海量数据问题,提出了一种基于压缩感知的聚束SAR回波数据压缩成像方法。首先对回波信号进行分析,利用波前匹配字典构造方法得到回波观测矩阵,其次通过构造二维离散余弦变换(2D\|DCT)等效矩阵得到回波信号的稀疏变换矩阵,然后利用平滑L0算法重构得到观测场景的二维像。本文方法可以在采集远小于传统聚束SAR成像方法所需回波数据量的基础上实现准确成像,最后的仿真结果表明了方法的可行性和有效性。     

基于SIFT子图像融合的直角坐标FBP算法

针对合成孔径雷达实测数据成像算法计算数据量大的问题,提出一种基于SIFT子图像融合的直角坐标系下的FBP算法。算法首先在直角坐标系下对SAR子孔径信号进行后向投影成像得到对应的子图像,然后对各子图像进行相位梯度自聚焦实现相位补偿,最后采用基于尺度不变特性变换(SIFT)的SAR图像配准方法对聚焦后的子图像进行融合得到全孔径图像。算法计算量比传统极坐标系下的快速后向投影算法小,并且由于基于SIFT的融合是针对复图像的融合,因此融合后图像的分辨率较传统的融合方法有所提高。机载实测数据的处理结果验证了算法的有效性。     

滑动聚束SAR空变天线方向图校正方法

滑动聚束SAR是一种新型高分辨率星载SAR工作模式,通过天线波束扫描导致增加方位向相干积累时间,从而可以大幅提升SAR分辨率.滑动聚束SAR波束扫描将引起天线方向图加权二维空变,进而导致采用传统SAR天线方向图测量和校正方法会引入误差,影响SAR辐射定标精度及目标后向散射系数测量精度.针对此问题,提出了一种滑动聚束SAR天线方向图特性分析及校正方法.首先基于滑动聚束SAR仿真数据对滑动聚束模式下SAR天线方向图二维空变特性进行了分析;然后建立距离向和方位向二维多项式模型来拟合天线方向图二维空变误差;最后,基于天线方向图空变误差模型对观测场景SAR图像进行天线方向图校正,仿真实验结果表明,该方法可以有效降低天线方向图二维空变误差的影响,大大提高滑动聚束SAR辐射定标精度和目标后向散射系数测量精度.     

基于SAR子孔径图像的浅海水下地形探测

沿海地区水下地形的精确测量是人类开展海洋活动的关键,合成孔径雷达（SAR）为浅海地形的探测提供了一种新的手段,其中TerraSAR-X 的聚束模式以较长的积分时间得到高分辨率的 SAR 数据,从而能较为精确地反演浅海的海底地形。传统 SAR 图像水下地形探测基于波周期不变的假设,这不仅需要已知初始水深求解波周期,还给探测结果带来一定误差。本文提出一种基于子孔径图像的水下地形探测方法,将一景SAR图像分解成多景时间间隔固定的子孔径图像,利用子孔径图像间的时间间隔,求解不断变化的波周期,从而获得更加精确的水下地形。使用在海南蜈支洲岛的 TerraSAR-X 数据验证了此方法的可行性,将此方法反演得到的结果与GEBCO数据进行比较,发现两者吻合较好（MAE为2.8 m,MRE为23.91%）,证明了此方法在浅海反演水深的巨大潜力。     

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。     

一种改进的星载分布式SAR相位保持成像算法

针对Chirp Scaling算法在推导中对相位采用近似处理而导致相位保持精度不能满足分布式星载InSAR系统对高程测量精度要求的问题,在对线性调频信号脉压处理中相位变化规律进行分析的基础上,结合星载分布式SAR数据处理对信号相关性的要求,推导了适用于星载分布式SAR数据处理的相位补偿公式,进而提出一种能够实现高精度相位保持的改进Chirp Scaling成像算法。算法精确补偿了包括复常数相位项、移零频所引入的线性相位项、距离向残留三次相位项及距离压缩后非均匀采样所引入的相位误差,并且能够实现分布式InSAR复图像对的粗配准。最后,给出了一种理论相位的计算方法,并通过计算机仿真验证了算法的有效性。     

基于匹配追踪算法的SAR超分辨成像

提出了一种新的SAR超分辨成像方法。在SAR图像相位历史域点散射模型的基础上，利用SAR图像目标稀疏的性质，构造子像素级的紧致字典，并设计了一种改进的匹配追踪迭代算法来估计模型参数，从而生成更大尺度的相位历史数据，对得到的相位历史域数据成像即得到了更高分辨率的SAR图像。实验结果表明该算法具有良好的超分辨性能，同时所需时问比基追踪方法缩短40％以上。     

速度聚束调制对顺轨干涉SAR浅海地形成像的影响研究

通过理论推导,证明了顺轨干涉SAR对海洋成像时同普通SAR一样,存在速度聚束调制。速度聚束调制使得顺轨SAR对海洋成像时产生一种非线性映射关系,这种非线性映射关系与径向流场的方位向梯度变化以及平台到目标的斜距与平台运动速度的比值(R/V)有关。以方位向存在一定坡度的浅海地形为例,分析了速度聚束调制对顺轨干涉SAR浅海地形成像的影响。仿真结果分析表明：当径向流场在方位向上存在梯度变化时,根据梯度变化的大小和方向的不同,会使浅海地形特征在顺轨干涉SAR相位图像上产生压缩、拉伸甚至混叠等失真,且R/V越大失真越严重。     

基于离散多项式相位变换的SAR高阶相位误差估计

离散多项式相位变换（DPT）是分析恒定幅度多项式相位信号的有力工具，其主要用途是估计相位多项式的系数，具有估计精度高、算法简单等特点。在SAR的回波数据中相位误差往往可以用幅度恒定的多项式相位来表示。补偿这种类型的相位误差，常用的方法是多孔径地图漂移法、多孔径相位差分法和相位梯度自聚焦算法。在SAR自聚焦中，运用DPT算法估计二阶和高阶相位误差系数是可行的。本文详细介绍了DPT算法的原理，通过实测数据验证了DPT算法的性能，并与多孔径地图漂移法、多孔径相位差分法和相位梯度自聚焦算法进行了比较，结果表明在信噪比较高的条件下，DPT算法的估计精度远远高于多孔径地图漂移法、多孔径相位差分法和相位梯度自聚焦算法。     

FMCW体制毫米波SAR实时信号处理方法研究

与脉冲体制合成孔径雷达(SAR)相比,调频连续波(FMCW)体制SAR具有体积小、重量轻、分辨率高、功耗低和低截获等一系列优点,目前小型或微小型SAR普遍采用FMCW工作体制。FMCW SAR在整个脉冲重复周期内都发射信号,其信号占空比达到了100%,为了减小数字接收机采样带宽,降低数据率,FMCW体制毫米波SAR一般采取解线频调接收的方式,但其数据量依然很大,而且机载平台受到气流的影响,运动误差很大,需要迭代估计与补偿,给实时处理模块带来了很大压力。为了提高整个机载FMCW SAR系统的信号实时处理性能,需要在算法层面进行改进。提出了一种两次子孔径误差估计和全孔径误差拼接补偿的FMCW SAR实时成像算法,使用相位梯度自聚焦(PGA)算法和图像偏置(MD)算法级联提取子孔径误差;然后进行子孔径误差拼接成全孔径误差补偿原数据,两维脉冲压缩后完成图像聚焦,提高了FMCW体制毫米波SAR成像算法的效率;最后使用机载Ka波段FMCW SAR实测数据,验证了该算法的有效性。     

采用多极化多频天线阵列SAR对簇叶环境下的动目标成像

由于簇叶环境下信杂比较低，因此很难对动目标进行探测成像。本文针对簇叶环境下的动目标成像提出了多频多孔径极化SAR(MFMA POLSAR)系统。MFMA POLSAR将多频天线阵列SAR(MF-SAR)系统扩展为多极化系统。MFMA POLSAR采用全极化达到环境要求的极化效果，使得不同孔径获得的图像相干性最好，可用于获取高精度的相位估测。MFMA POLSAR不仅能对快、慢的动目标进行精确定位，而且还能显示簇叶环境下的动目标。     

用于相位保存扫描模式SAR成像的基于SPECAN法的Chirp z变换

推导了扫描模式合成孔径雷达（ScanSAR）的时域图像脉冲响应，着重进行了相位分析。相位对某些应用（尤其是对干涉ScnSAR系统）很重要。提出了一种新的、用于ScanSAR数据相位保存方位聚集的算法，它扩展的基本的谱分析方法。文中提出的算法通过在频谱分析中采用适当的Chirp z变换替代标准傅里叶变换，避免了获得恒定方位像素间隔所需的内插步骤。讨论了改进型谱分析算法与标准距离－多谱勒方法之间的关系。为了验证文中的理论，针对实际数据和模拟数据进行了实验。     

弹丸高速碰撞过程中靶面三维面形数据获取方法

文章利用二级轻气炮作为高速碰撞弹丸的加载设备,结合基于傅里叶变换轮廓术的结构光三维测量方案实现高速碰撞过程三维面形数据的获取。系统由柯拉照明条纹投影部分和记录形变相位调制信息的百万帧频光电相机组成,根据所标定的相位高度映射参数和高速采集图像的相位分析数据计算出不同时刻穿甲靶面的三维坐标值。实验结果表明,该方法可实现2.976 km/s高速碰撞实验靶面几何变形的三维数据测量,能够为航天器防护结构设计及爆轰穿甲特性分析提供真实三维几何尺寸数据。     

处理几何学在SAR原始数据聚焦中的作用

合成孔径雷达(SAR)系统要求对接收的回波信号(原始数据)进行聚焦处理以生成高分辨率微波图像。由于平台姿态的不稳定性，或者是由于地球自转效应都可能造成在“倾斜”的坐标系中获取SAR原始数据，即发射接收波束对于正测向存在偏向角。本研究报告利用以条带模式工作的SAR传感器所获得的斜视原始数据，分析了聚焦处理的效果。最后，关于圆锥形非正交参考系统，概括了二维频域SAR处理法。在根据要求选定的处理坐标系中，对由原始数据处理而来的图像，分析了几何、频谱、相位的误差。并证实所用聚焦处理使这些误差为最小值。依据仿真数据求得的实验结果证实了全部理论。而且，还研究了把这种分析推广到偏差具有显著作用的干涉测量的情况。     

星载SAR在轨成像实时处理算法研究

星载合成孔径雷达(SAR)分辨率和幅宽的不断提高,其产生的原始数据率越来越大,采用在轨实时成像处理形成图像,在图像域再进行传统的图像数据处理和传输,有助于降低星-地数据传输速率,为了提高星载SAR在轨成像处理的实时性,文章分析了星上特殊条件对星载SAR处理算法实时性所提出的约束,对RD、波束域、CS等经典的星载SAR成像处理算法的运算量进行了比较,以CS算法为例,研究了相位补偿因子对CS成像处理算法的实时性影响,提出了一种补偿因子区域不变的CS成像算法,它极大地减少了成像处理算法的运算量,并通过仿真实验结果验证了该算法的有效性。     

机载合成孔径雷达系统目标内部振动的时间频率分析

在机载合成孔径雷达（SAR）图像中，目标内部振动可能引起方位模糊。在SAR图像的相干积累期间，反射器的任何运动都会在相应反射器相位历史中引起相位调制。对于正弦波运动，相位调制会导致常常与固定反射器难以区分的边带。本文从时间相关多普勒频率的角度对这种调制进行了描述。时间-频率方法是解决这些情况的有用工具。在许多可能的时间-频率方法中，作者们都选择了这种自适应最优（AOK）方法，并用AOK方法分析了机载SAR图像内的壁板振动反射器。其振动很明显，并根据时间-频率分布估算了各个振动参数。这些参数与实际情况非常一致。尤其是与振动频率吻合良好，尽管振幅不是很精确，但仍然比较好。     

基于Cauchy稀疏分布的SAR图像超分辨算法

分析了SAR图像稀疏性的成因,利用具有稀疏特性的Ｃａｕｃｈｙ分布作为SAＲ图像相位历史域数据的先验分布,建立了基于Cauchy稀疏分布的SAR图像超分辨模型,通过减少每次迭代中矩阵求逆的次数,给出了模型的快速迭代求解算法。利用SAR图像的稀疏性先验,将SAR图像超分辨问题转化为形式简单的约束极值问题,避免了基于ｌｋ范数正则化超分辨方法的模型定阶问题。最后,利用MSTAR实测数据,在相位历史域的实验结果证实了该方法有效的超分辨能力和快速求解能力。     

多路SAR高分辨率3-D成像

星载／机载合成孔径雷达(SAR)系统提供了高分辨率二维地形图像。本文提出一种组合多路SAR图像(在稍微偏离仰角方向的飞行航线上所得到的)来生成高分辨率三维图像的技术。可以把这项技术看作是干涉SAR(InSAR)的扩展，用这种技术能产生多维分辨率的地形图像。3-D多路SAR成像系统在仰角方向一般由相对比较短的模糊长度表征。为了使有关模糊度减至最小值，利用了一组图像内的相关相位信息来跟踪地面景物。然后，在以“主要”地形地面为中心的窄(仰角方向)体积范围内，采用非均匀DFT对SAR图像进行相干组合。本文详细介绍了该技术的基础理论，并提供了该技术可达到的分辨率和实验研究结果。     

改进的发射机固定双基SAR频域成像算法

首先建立了发射机固定、接收机工作在三种模式下(条带、聚束、滑动聚束)的一站固定式双基SAR回波信号模型,给出了回波模拟方法并总结了该类双基SAR的成像特点,然后对基于RD域分块的二维频域成像算法做了改进,在没有明显增加计算量的情况下,提出一种基于距离标度插值的方法,解决了残余相位补偿中出现的畸变问题,详细论证了一次分块处理所存在的问题,并提出采用两次分块处理的方法对算法进行完善,最后通过大场景点阵目标仿真实验,验证了本文方法的正确性和处理宽测绘带数据的可行性。