非匀速弹道SAR成像方法研究

非匀速直线弹道成像是弹载SAR领域的核心问题之一。首先构建三维空间中的非匀直弹道模型,通过泰勒近似公式分析运动偏差的来源,并将运动偏差分解成方位偏移、地距偏移和俯仰偏移等三个部分。推导了横向运动和俯冲运动分别引起的地距偏移和俯仰偏移函数,从而得到了对应的运动补偿函数。方位偏移表现为SAR平台在方位向作变速直线运动,回波的数据格式可看成空间非均匀采样的结果。为此,提出了一种利用空间非均匀采样模型替代时域变多普勒模型的成像方法。该算法将变速运动等间隔时间采样的回波数据等效为匀速运动中非等间隔时间采样数据,然后通过方位向非均匀离散傅立叶变换将数据变换到均匀频率域,再完成其它后续的成像操作。完整地推导了非匀直弹道SAR成像的全过程,点目标仿真结果清晰可见,表明了算法的有效性。
     

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。     

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.     

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。     

脉冲体制毫米波SAR多通道信号处理方法研究

为实现高分辨率、宽测绘带的综合观测目的,以毫米波频段多通道合成孔径雷达(SAR)信号模型为基础,对同时具备距离多通道、方位多通道的SAR成像处理流程进行分析,针对非均匀通道重构容易受到姿态误差影响的问题,引入惯导设备姿态数据实现参数校准,并基于上海卫星工程研究所Ka频段多通道SAR机载挂飞数据完成方法验证。数据处理结果表明:通过二维多通道数据处理,能够有效改善欠采样下的SAR图像方位模糊特性并优化噪声特性,提升图像可判读性。研究结果可为毫米波多通道SAR成像系统的研制与应用处理提供参考。     

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。     

SAR实时处理中方位向数据降采样的实现

在机载 SAR中 ,成像分辨率所要求的方位向带宽往往比脉冲重复频率要低得多。对 SAR数据方位向进行降采样可以在不损失成像分辨率的情况下大大降低成像数据量与运算量。配合使用子孔径算法效果更为显著。文中给出了利用此方法处理实际雷达数据的成像结果     

船只目标三维转动对SAR成像影响的定量分析

在分析船只三维转动（横滚、俯仰、偏航）对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）成像质量的影响方面，现有文献只考虑了仅存在一维转动时的影响，未考虑三维转动同时存在时对SAR成像质量的影响。另外，现有文献主要基于船只转动对船只散射点瞬时多普勒频率的影响进行分析，并未真正与对SAR图像质量的影响关联起来。本文推导了适用于船只存在三种一维转动、同时存在三维转动时的SAR图像二维时域表达式，以及散射点方位向坐标的表达式。在上述表达式的基础上，通过分析船只上的散射点在SAR图像中的偏移情况，扩展到分析船只整体在SAR图像中的形变情况；通过分析一维转动对SAR成像的影响，扩展到分析三维转动同时存在时对SAR成像的影响。研究表明：船只三维转动引入了包络误差和相位误差，导致SAR图像中散射点模糊并在方位向偏移，且不同散射点的偏移量不同，从而使船只形状发生畸变。仿真结果验证了所推导表达式的准确性及理论分析的正确性。     

基于DBF技术的高分辨率宽测绘带星载SAR系统研究

针对星载合成孔径雷达(SAR)系统高分辨率与宽测绘带两个核心成像指标之间的矛盾,分类研究了若干适用于不同应用需求的基于数字波束形成(DBF)技术的典型高分辨率宽测绘带(HRWS)星载SAR系统,包括超高分辨率、中等分辨率和超宽测绘带。总结出智能化多孔径天线技术、方位向多通道预处理技术、距离向实时DBF技术和多通道SAR数据压缩技术等,作为未来HRWS星载SAR发展的关键技术。     

机载双天线前视SAR系统成像分析

针对机载SAR前视模式与一般正侧视模式存在的明显不同,详细分析了前视SAR的多普勒特性及其方位模糊问题.依据前视SAR的特性,结合波束锐化与RD成像算法,仿真得到了前视SAR的点目标图像,验证了分析的正确性.     

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。     

W波段FMCW SAR系统实现与试验

与C波段、X波段和Ka波段相比,W波段的调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)系统因具有更高的分辨率,更易实现低功耗与小型化而备受关注。W波段波长短,因此该波段的FMCW SAR更适用于短距离成像。提出一种W波段FMCW SAR系统的设计方案,根据提出的系统方案与指标,实现W波段FMCW轨道SAR系统的样机研制。该系统分辨率可达5 cm。系统样机试验在上海交通大学的多功能船模拖拽水池完成。设置不同目标进行成像试验,最终得到多组有效试验数据,并基于改进的RD算法进行数据处理,得到理想的SAR图像。经分析可知,系统实际分辨率优于5 cm。试验结果证明了W波段FMCW SAR系统的可行性与有效性。     

高分辨率星载合成孔径雷达成像处理方法

提出了一种适用于大距离徒动高分辨率星载合成孔径雷达 (SAR)精确成像的改进Chirp Scaling(CS)成像处理算法 ,以及实现单视图象斑点噪声抑制的基于目标检测的增强无偏最大后验概率 (TDRGMAP)方法。采用这种高精度成像处理方法和单视图像斑点噪声抑制方法 ,可以实现星载 SAR高空间分辨率和高辐射分辨率的雷达图像。     

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。     

基于压缩传感的线阵SAR三维成像方法研究

线阵SAR是一种新型雷达三维成像技术。由于实际中线阵天线长度有限,基于匹配滤波的传统线阵SAR成像方法不仅需要大量的阵元数,而且在切航迹向的分辨率也较低。结合三维场景空间目标的稀疏特征,提出一种基于压缩传感理论的高分辨线阵SAR三维成像方法。相对于传统匹配滤波线阵SAR三维成像方法,本方法只利用少量的稀疏天线阵元回波对切航迹向的稀疏散射目标进行L1范数优化重构,大大抑制了切航迹向旁瓣影响并显著提高分辨率。最后,通过线阵SAR点目标仿真三维成像表明了本文算法的有效性。     

一种适合地球同步轨道SAR的改进CS算法

地球同步轨道SAR具有一般低轨SAR所不具备的优势。然而其“8”字形的运动轨迹也给成像带来了困难,基于直线运动的成像算法将失效。针对这个问题,利用了聚焦性能比较好的CS算法并结合偏航牵引控制和弯曲补偿的方法把弯曲的孔径拟合成直线再进行成像。本文分别对地球同步轨道SAR偏航牵引问题,等效斜视角进行了研究,详细推导了斜视工作模型下基于弯曲补偿改进的CS算法,根据分辨率的需求对地球同步轨道SAR大合成孔径进行子孔径处理,最后通过仿真验证了算法的成像性能。     

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...     

星载滑动聚束SAR模糊特性分析与仿真

介绍了星载滑动聚束合成孔径雷达（SAR）的成像原理,构造了滑动聚束SAR的方位模糊度计算模型,并分析了其距离模糊度计算模型。系统设计及模糊特性仿真结果表明：模型可用于SAR系统参数优化设计。     

星载面阵SAR多维波形编码技术研究

为解决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,采用面阵合成孔径雷达（SAR）多维波形编码（Multi-Dimensional Waveform Coding, MDWC）技术,提出了将面阵分为多行多列的子孔径,将距离维测绘带分成多个子测绘带进行脉内扫描照射,同时对子测绘带内子脉冲信号进行频分编码,并采用低PRF发射,接收端则利用方位向多个相位中心解多普勒模糊,获得宽测绘带、高分辨与高信噪比等多项性能,仿真试验表明了方法的有效性。     

几种GEOSAR上成像算法比较

地球同步轨道SAR具备着低轨SAR所不具有的优势,然而其具有合成孔径时间长、慢速运动的特点,成像处理远比低轨SAR复杂。针对地球同步轨道＂8＂字形星下点轨迹的特点,结合现有的成像算法,对GEOSAR回波信号进行了建模,对成像算法的选择做了说明,主要分析了BP算法、RD算法、CS算法。最后在对三种算法分别仿真的基础上详细地比较了算法在地球同步轨道上的适应性、成像效果以及计算量。