一种基于高阶统计量的SAR图像自聚焦算法

 提出了一种基于高阶统计量分析的相位误差估计算法,用于SAR 图像自聚焦。该算法从复图像域出发,通过循环移位及加窗处理孤立强点目标,利用高阶累积量对高斯噪声的抑制能力,在距离压缩相位历史域估计相位误差。由于避免了对加性噪声及干扰很敏感的差分运算,相位误差的估计结果有很好的鲁棒性。仿真及实测数据的处理结果证明了该算法的可行性。     

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。     

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。     

局域增强系统级联双频平滑技术研究(英文)

针对电离层误差时间梯度和空间梯度对局域增强系统的不利影响,提出使用级联双频平滤波方法解决此问题。级联双频平滤波先使用一个双频平滑滤波器精确估计电离层误差,利用得到的估计值修正码伪距观测量中的电离层误差,再使用一个双频平滑滤波器削弱噪声。这样,电离层误差被完全从平滑过程中移出,由L2码观测量引入的附加的噪声也被压制。基于中国民航新航行系统实验室的局域增强系统测试平台所采集的数据对级联双频平滤波的有效性和基于级联双频平滤波的局域增强系统的精度进行了分析。结果表明级联双频平滤波技术可以同时消除电离层误差时间梯度和空间梯度导致的平滑滤波残差和差分校正残差,并具有较低的滤波噪声。     

基于最小熵的多通道SAR系统相位误差估计与补偿

采用多通道合成的方法来增加信号带宽,是提高合成孔径雷达(SAR)系统距离分辨率的一种有效技术手段。针对多通道间相位失配的问题,建立了通道相位误差的频域多项式模型,提出了一种基于最小熵的通道相位误差估计与补偿方法。以距离向压缩脉冲图像的信息熵作为目标函数,误差多项式系数为估计变量,基于最小熵准则建立了相位误差的最优化估计模型。该方法能有效弥补内定标或外定标方法的不足,且不依赖于成像场景的地物类型,只需抽取少量回波数据作为误差估计的样本,具有耗费存储空间少、收敛速度快、不损失信噪比的优点。对不同场景的八通道实测数据进行了处理,实验结果验证了本文方法的有效性和稳健性。     

改进故障隔离的容错联邦滤波

为了解决重置模式下联邦滤波器中子系统故障对导航系统污染的问题,提出利用故障检测函数构建时变量测噪声的容错联邦滤波结构。通过将故障子滤波器等价为量测噪声趋于无穷大的正常系统,来取代传统的故障隔离方法;推导出了子滤波器对应的最优估计值,用以消除子滤波器估计次优性对故障检测的影响;采用动态信息分配系数,以减少故障信息对全局估计的影响。采用惯性/天文/景象/地形(INS/CNS/SMNS/TERCOM)的组合导航系统进行了仿真验证,结果表明该容错联邦滤波方法在子系统发生故障时的估计性能优于故障隔离方法。因此,所提方法具有提高故障子滤波器精度、保证无故障子滤波器鲁棒性以及全局估计精度的优势,具有较高的实用价值。     

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。     

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。     

载波相位平滑伪距在GPS/SINS紧组合导航系统中的应用

针对GPS/SINS紧组合导航系统中伪距噪声大从而引起组合导航系统精度低的问题,提出了将载波相位平滑伪距方法引入到组合导航系统中,利用具有较高精度的载波相位对低精度伪距进行平滑滤波,在建立观测方程的同时,为了减小Kalman滤波器计算量,选用最佳4颗卫星的伪距与伪距率作为观测值,并提出了一种四面体选星法,该方法不需要进行矩阵求逆运算,减小了运算量。利用光纤陀螺捷联惯导系统与GPS接收机搭建了实验验证系统,通过车载实验对所提出的方法进行了验证,实验结果表明,经过载波相位平滑后的伪距噪声得到了降低,从而能够进一步提高GPS/SINS组合导航系统的定位精度,其位置误差均方根值相比无载波相位平滑减小近40%。     

幅度及多普勒信息辅助的多目标跟踪算法

针对现有的多目标跟踪（MTT）算法在强杂波环境下会出现严重的性能衰退,利用目标的幅度及多普勒特征,基于随机有限集（RFS）理论,提出了一种幅度及多普勒信息辅助的δ广义标签多伯努利（ADI-δ-GLMB）滤波器。首先,利用幅度及多普勒信息对目标状态进行扩展,在此基础上建立了新的量测似然函数。然后,基于δ-GLMB滤波器框架推导了新的更新方程。最后,进行仿真验证,结果表明：强杂波下,ADI-δ-GLMB滤波器跟踪性能明显优于δ-GLMB滤波器,估计精度及稳定性更高,且计算量更低;同信息辅助的概率假设密度（PHD）、多目标多伯努利（MeMBer）滤波器相比,ADI-δ-GLMB滤波器状态估计精度更高。     

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)。     

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。     

High-resolution SAR imaging with angular diversity

We propose to use the APES (amplitude and phase estimation) approach for the spectral estimation of gapped data and synthetic aperture radar (SAR) imaging with angular diversity. A relaxation-based algorithm, referred to as GAPES (Gapped-data APES), is proposed, which includes estimating the spectrum via APES and filling in the gaps via a least squares (LS) fitting. For SAR imaging with angular diversity data fusion, we perform one-dimensional (1-D) windowed fast Fourier transforms (FFTs) in range, use the GAPES algorithm to interpolate the gaps in the aperture for each range, apply 1-D inverse FFTs (IFFTs) and dewindow in range, and finally apply the two-dimensional (2-D) APES algorithm to the interpolated matrix to obtain the 2-D SAR image. Numerical results are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm     

SAR image formation via semiparametric spectral estimation

A new algorithm, referred to as the SPAR (Semiparametric) algorithm, is presented herein for target feature extraction and complex image formation via synthetic aperture radar (SAR). The algorithm is based on a flexible data model that models each target scatterer as a two-dimensional (2-D) complex sinusoid with arbitrary unknown amplitude and constant phase in cross-range and with constant amplitude and phase in range. By attempting to deal with one corner reflector, such as one dihedral or trihedral, at a time, the algorithm can be used to effectively mitigate the artifacts in the SAR images due to the flexible data model. Another advantage of SPAR is that it can be used to obtain initial conditions needed by other parametric target feature extraction methods to reduce the total amount of computations needed. Both numerical and experimental examples are provided to demonstrate the performance of the proposed algorithm     

Moving Targets Processing in SAR Spatial Domain

This paper presents a novel technique to estimate the initial coordinates and velocity vector of moving targets, including those with velocities above the Nyquist limit, using a single synthetic aperture radar (SAR) sensor without increasing the pulse repetition frequency (PRF). The basic reasoning is that, although the returned echoes may be undersampled in the azimuth direction, their phase and amplitude are informative with respect to the moving target trajectory parameters. Therefore, the so-called blind angle ambiguity, inherent to systems using a single SAR sensor, is overcome. The proposed method samples the data in the spatial domain, along the signature curve which depends on the moving target trajectory parameters. The resulting algorithm is a highly efficient (from the computational point of view) ID matched filter. The effectiveness of the proposed scheme is illustrated using simulated SAR data and real data from the MSTAR public release data set, corresponding to a static SAR scene and a static BTR-60 with simulated motion.     

An extended chirp scaling algorithm for spaceborne sliding spotlight synthetic aperture radar imaging

A system impulse response with low sidelobes is critical in synthetic aperture radar（SAR） images because sidelobes contribute to noise and interfere with nearby scatterers. However,the conventional tricks of sidelobe suppression are unable to be exactly applied to the case of spaceborne sliding spotlight SAR due to great azimuth shifts in both time and frequency domains. In this paper, an extended chirp scaling algorithm is presented for spaceborne sliding spotlight SAR data imaging. The proposed algorithm firstly uses the spectral analysis（SPECAN） technique to avoid the azimuth spectrum folding effect and then employs the chirp scaling（CS） algorithm to achieve data focusing, i.e., the so-called two-step approach. To suppress the sidelobe level, an efficient strategy for the azimuth spectral weighting which only involves matrix multiplications and short fast Fourier transformations（FFTs） is proposed, which is a post-process executed on the focused SAR image and particularly simple to be implemented. The SAR image processed by the proposed extended CS algorithm is very precise and perfectly phase-preserving. In the end, computer simulation results verify the analysis and confirm the validity of the proposed algorithm.     

机载SAR成像对瞄准线运动补偿的要求

飞机偏离匀速直线运动的运动误差是机载合成孔径雷达成像的基本困难之一。通过详细的理论推导,给出了当飞机沿瞄准线方向同时存在恒定速度误差,恒定加速度误差和正确弦摆动速度误差时,以回波信号压缩波形的主瓣偏移,二次相位误差,三次相位误差以及积分旁瓣比等ＳＡＲ系统图像质量指标的最大允许值表示的机载正侧视ＳＡＲ运动补偿定量要求的解析式。并结合一例子进行了计算分析,所得结论可供有关人员参考。     

基于塔形形态算法的SAR图像相干斑抑制

提出将塔形形态算法用于抑制SAR图像中相干斑处理，为减少塔形处理中由于下采样造成的信息损失，从并行处理的角度出发，对塔形形态滤波器提出了改进，将下采样中的各子图同时进行形态滤波处理，在上采样中将各子图合并。经分析和处理表明这两种算法用于SAR图像滤波都能有效地去除相干斑噪声。与塔形形态滤波、Lee滤波器算法比较，采用并行算法处理后图像的各项指标有明显的改善。