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。     

基于先验误差模型的机载高分宽幅DBF-SAR自聚焦算法

高分宽幅（HRWS）数字波束形成（DBF）合成孔径雷达（SAR）利用多通道空间采样代替部分时域采样,可以有效缓解SAR成像时高分辨率与宽测绘带间的矛盾,具有重要的军用和民用价值。现有常规DBF-SAR成像算法都假设雷达传感器相对位置精确已知,实际应用中受传感器位置测量误差影响,由位置不精确导致的相位误差会严重影响DBF-SAR高精度成像能力。在极坐标格式算法（PFA）框架下,推导了DBF-SAR成像处理后,残留相位误差的解析模型,分析了该误差对成像质量的影响。依据推导的先验相位误差解析结构模型,提出了一种基于图像对比度最优化准则的自聚焦算法。新算法通过引入先验相位结构信息,极大降低了待估参数的空间维数,可以同时改善自聚焦算法的参数估计精度和计算效率。数据处理结果验证了理论分析的正确性和所提算法的有效性。     

基于图像域分块的条带SAR 自聚焦算法

文章针对条带合成孔径雷达,提出一种基于图像域分块的自聚焦算法。该算法在图像域进行方位向分子 块,采用图像偏移(MD)算法减小相位误差梯度的拼接误差,实现条带SAR图像的自聚焦处理。给出了算法流程, 讨论了算法的主要步骤及原理,并利用实测数据对算法进行了验证。实测数据处理结果表明该算法能有效改善条 带SAR图像质量。     

基于分布式地面站天线的空间功率合成

卫星导航系统(GNSS)地面站天线对卫星进行上行注入时,信号到达卫星时较弱,容易受到干扰,故地面站注入天线需同时具备平时多目标注入和干扰时单目标功率增强的能力。利用卫星导航系统中地面站之间能够实现精密时间同步的特点,提出了一种基于分布式卫星导航地面站抛物面天线的空间功率合成方法,使用相位预补偿实现分布式天线阵到达目标卫星信号的相位粗同步;分析了相位误差、辐射功率误差对空间功率合成效率的影响,得到了阵元初始相位标定精度与相对定位精度的约束关系;并对合成信号的抗干扰能力和信号质量进行了研究。理论和仿真结果表明,当相位精度因子小于0.2时,4个等辐射功率天线在10°仰角以上波束扫描范围内的功率合成效率均在75%以上,且可以通过控制初始相位标定精度与相对定位精度实现更高的合成效率;而在合成效率要求75%以上时,天线辐射功率误差对合成效率的影响基本可以忽略。采用分布式波束扫描天线能够对地面站上行注入进行功率增强,可实现注入波束和功率的灵活配置,有效解决制约机动式和小型化地面站功率提升的瓶颈问题。     

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。     

一种基于重叠子孔径回波信息的SAR图像配准算法

合成孔径雷达（SAR）图像配准是寻找多幅SAR图像之间的几何变换关系的过程，使不同图像校正到统一空间坐标系。传统光学图像配准方法，如尺度不变特征变换（SIFT）结合随机抽样一致（RANSAC）用于SAR图像配准时，由于受到乘性相干斑噪声的干扰，配准性能受到较大影响。提出一种基于重叠子孔径回波信息的SAR图像配准算法，在对SAR回波复数据进行成像处理的过程中，利用相位信息并结合子孔径自聚焦方法得到强相关的重叠子孔径图像，并利用多图像配准方法实现成像孔径内和孔径间的子孔径图像配准，提高图像配准精度。多个不同场景的实测数据处理结果表明：所提算法相比于SIFT+RANSAC算法，同名点数量增加，误匹配点对减少，均方根误差减小，对相干斑噪声具有较强的鲁棒性，配准效果得到了显著提高。     

合成孔径雷达系统建模、仿真与信号处理初探

作为雷达技术发展历史中的里程碑,合成孔径雷达(SAR)通过使用空中合成天线阵列技术及先进的目标回波信号处理技术能够提供清晰的地球表面图像。由于它的这一突出特点,SAR已经成为许多飞行器的重要任务载荷并被广泛应用于军事及民用领域。从航空电子系统总体需求角度出发,为了深刻理解SAR系统的工作原理并得到更好的SAR图像产品,有必要对系统数学模型的建立、SAR回波信号的仿真以及信号处理算法进行深入的研究。本文试图从这三方面讨论SAR系统设计中的关键问题。     

基于SAR图像匹配结果可信度评价的INS/SAR自适应Kalman滤波算法

在惯性导航系统（INS）/合成孔径雷达（SAR）组合导航系统中，SAR图像易受斑点噪声的影响，图像匹配的精度对整个导航系统精度的影响十分明显，能够准确地分析SAR图像匹配过程中的误差特性，利用有效的图像匹配信息辅助INS进行组合定位尤为重要。针对上述问题，在加权Hausdorff距离匹配算法的基础上，对影响SAR图像匹配精度的因素进行了分析，提出了一种基于模糊推理的匹配结果可信度评价准则，经过可信度筛选，将有效的匹配信息与INS进行组合；对合理范围内的匹配误差变化引起量测噪声统计特性发生变化，进而导致Kalman滤波精度下降的问题，研究采用改进的Sage-Husa自适应滤波算法对量测噪声方差阵进行动态调整，使其更加接近系统的当前状态。搭建仿真验证平台对所提算法进行了验证，结果表明，该算法能够在合理的匹配误差范围内，有效地筛选出可信的图像匹配结果，相比常规Kalman滤波算法，显著地提升了INS/SAR组合导航系统水平方向的定位精度。     

基于马尔科夫链的单站SAR海面场景宽幅高分成像算法

针对单站合成孔径雷达(SAR)实现海面场景高分辨率宽测绘带(HRWS)成像问题,结合海面目标相对整个场景的稀疏特性,提出了一种基于马尔科夫链的单站SAR宽幅高分成像算法。算法将宽幅的海面场景分为不同子测绘带,首先发射少量脉冲对各子测绘带进行距离向成像,利用距离向成像结果获取场景内感兴趣目标的数量信息。然后计算雷达波束指向的马尔科夫状态转移概率,并按此概率控制雷达对不同测绘带进行扫描。获得不同测绘带的稀疏子孔径后进行压缩感知成像。提出的算法可以在相同合成孔径时间内实现多个测绘带的宽幅高分成像,最后的仿真实验验证了所提算法的有效性。     

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。     

运动补偿用惯性器件误差对SAR成像分辨率的影响研究

 为提高合成孔径雷达（SAR）系统的性价比，必须根据SAR成像分辨率的要求和整体系统参数，设计相应精度的运动补偿用捷联惯导系统。在确定SAR运动补偿系统方案和安装方式的基础上，分析不同方向的加速度计和陀螺仪误差对天线相位中心位置测量误差的影响，并利用位置测量误差与SAR成像分辨率之间的关系，进一步明确了不同方向的加速度计和陀螺仪对SAR成像分辨率的影响。研究表明：基于SAR的工作原理和安装方式，x方向加速度计和y方向陀螺仪对SAR成像分辨率的影响明显比其他惯性器件严重；相同误差水平的惯性器件对SAR成像分辨率的影响随着合成孔径时间和工作波长的不同而不同，时间越长，波长越短，影响则越严重。SAR成像仿真证明了结论的正确性。研究结果对于研制高性价比SAR成像运动补偿系统有一定的理论指导意义。     

用于SAR运动补偿的DGPS/SINS组合系统研究

使用考虑位置误差相关项的伪距率观测模型 ,研究了用于合成孔径雷达运动补偿的差分 GPS/ SINS伪距率组合系统。结果表明 ,组合系统的长期位置精度能达到 1 m左右。 GPS数据更新率低于 INS,在 GPS测量时间间隔内 ,组合系统的性能仅由 INS决定。虽然 INS误差随时间积累 ,在 GPS数据更新率为 1 s的情况下 ,即使采用中等精度的惯性仪表 ,其相对位置精度为厘米级 (这里相对位置精度指组合系统在 GPS测量时间间隔内位置误差的变化范围)。     

UAVSAR: New NASA Airborne SAR System for Research

NASA's Jet Propulsion Laboratory is currently building a reconfigurable, polarimetric L-band synthetic aperture radar (SAR), specifically designed to acquire airborne repeat track SAR data for differential interferometric measurements. Differential interferometry can provide key deformation measurements, important for studies of earthquakes, volcanoes, and other dynamically changing phenomena. Using precision real-time GPS and a sensor controlled flight management system, the system will be able to fly pre-defined paths with great precision. The expected performance of the flight control system will constrain the flight path to be within a 10 m diameter tube about the desired flight track. The radar will be designed to be operable on a Unpiloted Arial Vehicle (UAV) but will initially be demonstrated on a NASA Gulfstream III. The radar will be fully polarimetric, with a range bandwidth of 80 MHz (2 m range resolution), and will support a 16 km range swath. The antenna will be electronically steered along track to assure that the antenna beam can be directed independently, regardless of the wind direction and speed. Other features supported by the antenna include elevation monopulse and pulse-to-pulse re-steering capabilities that will enable some novel modes of operation. The system will nominally operate at 45,000 feet (13,800 m). The program began as an Instrument Incubator Project (IIP) funded by NASA Earth Science and Technology Office (ESTO).     

Radar beamwidth reduction techniques

It is essential and desirable to get a high resolution echo in a radar image without using a large antenna. On scanning a radar antenna, the target's distribution is smoothed by the antenna beam and a smeared echo appears on the radar display. This paper describes three different types of beam compression radars: subsurface SAR; correlation array radar; and inversion processed radar. The experimental results show that the beamwidth on display was effectively compressed by the signal processing     

Strapdown inertial measurement units for motion compensation forsynthetic aperture radars

It is shown that synthetic-aperture radar (SAR) motion can be compensated by using an antenna-mounted strapdown inertial measurement unit (IMU) as the motion sensing system, but sensor and system errors affect SAR image quality. A strapdown IMU consists of three accelerator channels and three gyro channels. Strapdown IMU errors include gyro-scale and accelerometer-scale factor and bias errors, velocity error, platform tilt, and errors induced by limited inertial sensor bandwidth. The effects of these errors on the SAR image quality are presented in terms of the SAR impulse response. IMU errors that cause low-frequency phase errors (less than one cycle per array time) are categorized in terms of quadratic and cubic phase errors. IMU errors that cause high-frequency phase errors (greater than one cycle per array time) are categorized in terms of the integrated sidelobe ratio and peak sidelobe ratio. A motion compensation system conceptualization is described wherein a strapdown IMU is attached to an antenna and transfer-aligns to the aircraft's master navigator     

基于迁移学习的SAR目标超分辨重建

针对合成孔径雷达(SAR)目标超分辨重建问题,提出了一种基于迁移学习的超分辨方法。在光学图像梯度域中联合训练超完备字典与稀疏编码映射,利用半耦合字典联系SAR图像与光学图像,寻找SAR图像在半耦合字典下的稀疏编码,并在高分辨率字典下完成重建。结合SAR图像的先验信息,使用正则化方法对SAR目标进行特征增强。所提方法在TerraSAR-X数据和MSTAR数据上进行了仿真实验,重建结果表明,相比目前的插值方法和稀疏表示方法,所提方法空间分辨率可提高0.5~1.5个像素。正则化增强结果表明,引入稀疏先验的正则化增强能够进一步提高空间分辨率并抑制杂波比,最后分析了正则化参数的选取对图像质量的影响。     

MOTION COMPENSATION FOR HIGH RESOLUTION AIRBORNE SAR WITH IMU & GPS

Ｔｈｅｅｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎａｃｔｕａｌａｎｄｎｏｍｉｎａｌｆｌｉｇｈｔｐａｔｈｓｏｆｔｈｅａｎｔｅｎｎａｐｈａｓｅｃｅｎｔｅｒ（ＡＰＣ）ｉｓｄｅ－ｆｉｎｅｄａｓｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｍｏｔｉｏｎｅｒｏｒ．Ｕｎｃｏｍｐｅｎ－ｓａｔｅｄＡＰＣｍｏｔｉｏ...