星载干涉合成孔径雷达高度计波束指向优化设计新方法

基于干涉合成孔径雷达(InSAR)体制的星载高度计能实现高分辨率、宽幅、高精度海面高程测量。传统合成孔径雷达(SAR)系统波束指向设计方法以SAR图像近远端噪声等效后向散射系数差异最小化为优化目标,星载InSAR高度计对海入射角小,如采用传统波束指向设计方法将面临系统近端测高性能优于远端等问题。为使远端测高性能满足应用精度指标要求,系统需提高雷达发射功率或增大雷达天线尺寸,这对卫星系统提出了较高的要求。提出了面向测高应用的星载InSAR高度计波束中心指向设计新方法。该方法通过调整雷达波束中心指向实现全场景测高性能最优化,可有效降低传统设计方法中SAR载荷对发射功率等卫星指标的要求,对未来我国发展InSAR体制海面高度计系统设计具有重要的指导意义。仿真分析结果验证了新方法相对于传统设计方法的优越性。     

基于方位去斜的SAR/GMTI方法研究

具有同时获取静止场景高分辨率图像和检测慢速运动目标能力,是多通道SAR/GMTI雷达优于传统单通道SAR和预警雷达的重要特征之一.文章采用基于方位去斜SAR成像技术的三通道SAR/GMTI方法对地面运动目标进行检测、定位和测速,着重研究了一种结合相位补偿、图像配准和多通道多像素自适应处理的杂波抑制方法.分别在有无配准误差情况下,对比了自适应处理与直接对消方法的杂波抑制效果,说明了多消一的自适应处理针对配准误差具有更好的稳健性.最后利用对三通道SAR/GMTI系统实测数据的处理,验证了所述方法流程的可行性.     

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。     

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。     

基于改进SIFT的SAR图像与可见光图像配准

针对SAR图像与可见光图像的自动配准问题,提出了一种基于尺度不变特征(SIFT)的SAR与可见光图像配准算法。算法首先对SIFT主方向的检测进行了优化,利用特征点邻域内边缘局部极大值点的梯度方向作为特征点的方向,并以去均值归一化互相关系数为相似性度量进行特征点对匹配,然后通过随机抽样一致性算法(RANSAC)剔除误匹配点对,最后利用剩余的特征点对实现SAR与可见光图像的自动配准。实验结果表明,本算法对不同分辨率图像和不同旋转角度图像具有较好的适用性,在正确匹配点的比率和定位精度方面都优于原始SIFT算法和Harris算法。     

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。     

系绳卫星体制高精度INSAR系统设计

针对现有分布式干涉系统难以实现更高比例尺高效率地形测绘的问题,提出了一种基于系绳卫星体制的InSAR系统。首先,结合系绳卫星动力学仿真,给出了系绳干涉系统的几何模型,提出了系绳干涉系统的工作模式,然后研究了系绳卫星SAR载荷的具体工程实现途径,提出了基于系绳电缆解决实现同步和相位同步的方法。首次建立了系绳长度及面内角等参数与模糊高度的关系,对SAR载荷的工作频段、发射峰值功率、天线口径、入射角范围等进行了优化设计。对系绳InSAR系统的关键性能指标进行仿真分析,仿真结果表明该系统可以实现0.5m测高精度等核心指标。该研究提出了一种1:5000比例尺的高精度测绘SAR系统,相对测高精度比德国的Tandem-X系统提升了4倍,可为我国后续开展高精度星载InSAR工程研制提供参考。     

同空间后向投影InSAR成像及干涉相位提取方法

为了提高复杂运动情况干涉合成孔径雷达（InSAR）成像精度,结合时域后向投影方法提出了一种基于同空间后向投影的InSAR成像与相位提取方法,分析后向投影多普勒补偿函数与干涉相位的关系,通过各天线回波投影到相同的成像空间,再构造相位补偿函数进行相干积累成像。仿真和实测数据验证了复杂运动情况下本文方法较传统频域算法获得更好的InSAR成像和干涉相位质量,且该方法还可在成像过程中实现InSAR图像配准、去平地效应的一体化处理,简化了InSAR数据处理。     

基于轨道角动量的电磁涡旋SAR成像新方法

为研究电磁涡旋波在合成孔径雷达(SAR)领域的应用潜力,验证电磁涡旋SAR成像的可行性,将电磁涡旋与合成孔径雷达模型结合,通过使用单一模式的轨道角动量,用合成孔径原理实现方位聚焦。给出了基于电磁涡旋的SAR几何模型和回波信号模型,并提出了适用于电磁涡旋SAR的改进chirp-scaling(CS)成像算法。通过点目标仿真分析,验证了所提成像算法的有效性。该方法可为SAR系统新体制设计及雷达的研究提供参考。     

基于"斑马图"复用技术的分布式卫星SAR波位设计方法研究

重点研究分布式卫星合成孔径雷达系统的波位覆盖设计问题。推导了精确的星间几何关系模型，针对主星发射-辅星接收的简化模型，提出了一种基于“斑马图”复用技术的设计方法：根据分布式卫星空间几何模型，将辅星雷达回避直达波及星下点回波的限制条件，在主星雷达“斑马图”（即脉冲重复频率与覆盖关系约束图）上示出，即主、辅星复用波位设计“斑马图”；在合成斑马图上选择主星雷达的波位，则可以同时满足主、辅星雷达的限制条件。该方法可以很好地解决分布式卫星合成孔径雷达对地协同探测过程中面临的获取有效测绘带回波的问题。通过计算机仿真，给出波位设计结果，验证了本文方法的有效性。     

星载高分辨、多模式SAR的建模仿真和总体设计

阐述了星载合成孔径雷达（SAR）的常用工作模式，即聚束式、条带式、扫描式和干涉式SAR的概念、设计考虑和常用设计公式。通过建立模型，对高空间分辨率、多工作模式SAR的系统集成和总体设计进行了计算机仿真，用该套软件模拟了六套在轨运行的星载SAR系统参数和分系统指标，仿真结果与公布数据非常吻合。     

考虑小波数相关性的SAR图像去斑算法

SAR(合成孔径雷达)发射的相干信号之间会使图像产生相干斑点噪声,严重影响SAR图像的应用,需加以抑制。通过研究分析,一副图像小波分解之后的小波系数在幅度、符号之间具有强烈的相关性,由此提出了一种小波去斑算法,该算法考虑了小波系数幅度、小波系数符号之间的相关性。利用合成斑点噪声图像和实际SAR图像验证了该算法的有效性。结果表明:该算法在抑制SAR图像斑点噪声的同时,具有更好的边缘细节保持能力,提升了SAR图像后续应用效能。     

误码率对星载合成孔径雷达图像质量影响的数字仿真研究

定量分析了星载合成孔径雷达 (SAR)原始回波信号的量化噪声、饱和噪声以及误码噪声对面目标信噪比的影响 ;建立了星载 SAR数字仿真系统 ,对不同误码率条件下的点目标阵场景的星载 SAR原始回波信号进行数字仿真 ,采用 Chirp Scaling算法进行成像处理 ,并对成像结果进行图像质量评估 ,研究了误码噪声对点目标 (尤其是弱信号目标 )性能影响的规律。     

星载合成孔径雷达图像的飞机目标检测

针对大场景下星载合成孔径雷达(SAR)图像中飞机目标检测问题,提出一种端到端的飞机目标检测算法。先在大场景SAR图像中对机场目标进行粗检测,定位机场区域,再通过精确分割算法获得机场的精细区域。对机场区域中的飞机目标进行检测,采用一种基于Canny算子的边缘检测与卷积神经网络结合的飞机目标检测算法。通过飞机边缘检测、边界框预处理等操作确定潜在飞机目标在机场中的位置范围,采用基于GoogLeNet的卷积神经网络对可疑目标进行鉴别。利用星载合成孔径雷达数据对算法进行验证,证明该方法的有效性与实用性。     

Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计及测量精度分析

为解决传统干涉合成孔径雷达(SAR)系统只能顺轨干涉或交轨干涉,无法兼顾高精度高程测量和速度测量的问题,开展了Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计与干涉测量精度分析。基于Ka波段电磁波波长短、干涉相位敏感度好的特点,利用较短的干涉基线在同一干涉SAR系统中实现高精度干涉测高与测速,并介绍了所设计的Ka波段机载双模式干涉SAR验证系统。仿真结果表明:该系统具备高效率、高精度干涉测量能力,可获得亚米级的绝对测高精度和0.1 m/s的测速精度。     

合成孔径雷达的发展现状与未来

介绍了合成孔径雷达（SAR），特别是星载合成孔径雷达的发展现状，给出了目前国外已经发射成功的主要空间SAR的基本情况，并对其发展方向进行了展望，对合成孔径雷达系统工作者具有较好的参考价值。