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。     

PAMIR—一种宽带相控阵SAR／MTI系统

在未来的各种监视侦察任务中，机载及星载成像雷达系统必须满足越来越严格的要求。下一代最高水平的合成孔径雷达(SAR)系统将具有高灵敏度地面动目标指示能力和多种复杂工作模式，其中包括高分辨率和远距离成像能力。只有通过运用可重构相控阵天线连同综合宽带系统设计以及多通道能力才能完成各种任务。在FGAN已经设想出一种新的X波段实验雷达，该雷达最终将被改进成拥有由16个自动可重构子孔径组成的电控相控阵，5个独立的接收通道和大约1．8GHz的总信号带宽。这种传感器叫做PAMIR(多功能相控阵成像雷达)。着重用实例说明远距离超高分辨率SAR成像。借助于地面动目标的逆SAR(ISAR)成像也能实现高分辨率。而且，通过空时自适应信号处理和超高3一D分辨率单向干涉SAR(IfSAR)，接收通道的数目将提供地面动目标指示(GMTI)。在一个接收通道和机械控制天线阵列的情况下，PAMIR在其现行发展阶段中是切实可行的。文章介绍了PAMIR的系统设计和预期能力，并提供了高分辨率SAR及ISAR成像的地面及机载实验结果。     

空间目标的ISAR成像与识别

空间探测雷达在人类航天活动中具有重要作用 ,宽频带信号体制的应用使空间目标的逆合成孔径雷达 (ISAR)成像与识别成为可能。结合空间目标的动力学和电磁特性 ,探讨了空间目标的ISAR成像与识别技术 ,并展望了该领域的技术发展趋势。     

ISAR成像雷达假目标回波构造方法研究

逆合成孔径雷达(ISAR)是一种典型的高分辨雷达,它不仅能够对观测目标进行全天候、全天时、远距离的成像,而且具有很强的抗干扰能力。基于数字图像合成(DIS)技术的假目标欺骗是对ISAR的一种有效的干扰方法。对锥形目标进行建模,用数字技术构造ISAR成像假目标回波,并对算法进行仿真,验证了设计的正确性。     

基于调频连续波信号的双基地ISAR成像研究

在将调频连续波(FMCW)信号应用于双基地ISAR的成像过程中,针对应用FMCW信号在回波信号中产生距离快时间和方位慢时间耦合项的问题,提出了应用离散多项式相位变换的方法进行组合参量估计,通过估计出的组合参量构造补偿函数对回波信号进行相位补偿,消除了一次耦合项产生的固定频偏和二次耦合项引起的主瓣展宽,对补偿后的回波信号应用距离多普勒算法可获得清晰的目标二维像,通过仿真表明：所述的补偿算法能有效改善应用FMCW信号而产生的目标像散焦现象,获得聚焦良好的点目标像。     

基于实测数据的机载毫米波ISAR舰船目标成像算法研究

ISAR的方位向分辨率和波长有关,在相同转角情况下,波长越短,获得的方位分辨率越高,但波长较短使得雷达对运动误差敏感,容易产生较大的相位误差,使成像算法变得复杂。针对此问题提出一种适合于机载毫米波ISAR舰船目标的综合成像算法。算法首先利用回波距离向高分辨率分离出单个舰船目标回波;然后对单个目标回波进行包络补偿和初相粗补偿;再根据时频分析结果,结合Radon变换的最大值位置,判断目标运动状态;最后根据判断结果自动选择合适的成像方法对目标成像。利用算法对机载毫米波ISAR数据进行成像处理,成像结果验证了算法的有效性。     

多运动目标ISAR成像方法研究

当雷达波束中包含多个运动目标且目标在距离维无法分辨时,常规的逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法难以有效聚焦,成像质量很差。针对此问题,利用回波中多个目标平动多普勒分量近似线性变化但变化历史不同的特点,提出了一种新的多目标ISAR成像方法。该方法先采用基于调频斜率估计的信号分离(CRESS)方法对多目标回波数据中各个目标的回波分量进行分离,然后对分离后的数据分别做成像处理。仿真实验结果验证了该方法的有效性。     

空间目标雷达成像仿真研究

导弹防御系统中的地基雷达具有对空间目标的二维成像能力,这是它进行空间目标识别的重要手段。仿真研究空间目标的ISAR成像。简介ISAR成像技术后,仿真了中段弹道,进行了相应的坐标变换,根据仿真场景得到了空间目标的ISAR图像。着重分析了雷达布站的位置、目标空间姿态控制方式对成像相干积累时间的影响。仿真结果表明,这些因素对于成像相干积累时间的影响很大,雷达必须选择合适的布站位置、适当调整脉冲积累时间才能实现有效成像。     

一种用于机动目标的线性调频脉冲估计和逆合成孔径雷达成像的自适应滤波方法

在逆合成孔径雷达（ISAR）成像中，由于机动目标的非合作运动，散射器的多普勒频移随时间变化，而雷达回波信号通常为线性调频脉冲。线性调频脉冲会计对ISAR成像的性能起着重要作用。Li和Stoica最近提出了一种自适应FIR滤波方法，用来估计正弦信号的振幅和相位，并将这种方法应用于采用正弦信号模型的合成孔径雷达（SAR）成像。本文推广Li和Stoica的算法，用来估计线性调频脉冲信号并将其用于机动目标的ISAR成像。该推广算法已由仿真数据验证。     

基于微多普勒效应的ISAR成像干扰新方法

本文从分析雷达目标微多普勒效应的产生机理出发,提出了针对ISAR成像的干扰新方法。一方面,针对现有基于微多普勒特征的雷达目标识别技术,干扰机将接收到的雷达信号进行移频和幅度调制处理后转发,生成虚假的微多普勒特征,实现对敌方雷达系统的欺骗干扰;另一方面,利用微多普勒效应对雷达回波的附加调制作用,干扰机发射虚假微多普勒信号,通过降低回波各次距离像之间的相关性和破坏距离像的初相信息,可有效干扰敌方成像系统的运动补偿处理,并在方位向生成干扰条带,对敌方ISAR系统形成“灵巧”抑制干扰,使其无法实现对目标的有效成像。仿真和实测数据处理均表明基于微多普勒效应的干扰方法可在较低干信比条件下实现对ISAR成像系统的有效干扰。     

基于调频连续波的太赫兹频段转台成像方法研究

高分辨成像雷达是太赫兹技术的重要应用之一,目前太赫兹雷达源的功率水平和太赫兹雷达的应用环境决定了要优先考虑采用调频连续波体制。因此文章在转台成像方式下分析了调频连续波太赫兹雷达信号模型和处理方法,实现了高分辨成像,并与X频段的成像结果进行了对比分析,验证了太赫兹调频连续波ISAR成像的优势。     

一种FMCWSAR成像的副瓣抑制方法

调频连续波合成孔径雷达（FMCwSAR）是一种新近提出来的成像雷达体制,它结合调频连续波与合成孔径成像技术,具有体积小、质量轻、成本低、分辨率高等一系列优点。在FMCWSAR成像中,由于副瓣可形成倍增的噪声,并与附近散射体产生干涉,因此,系统响应具有低副瓣是非常重要的。研究了泰勒加权对副瓣的抑制能力,并与其他加权方法进行了比较,之后给出仿真结果,证明了该方法能有效抑制FMCWSAR成像的副瓣。     

基于二阶Keystone变换的FMCW SAR动目标成像与参数估计

本文研究了一种适用于调频连续波（Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW）合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的地面动目标成像与参数估计的方法。首先,建立FMCW SAR系统下的动目标回波模型,通过多普勒频移补偿和时频代换,提出了一种基于二阶Keystone变换校正动目标回波距离弯曲的方法。其次,用Hough变换去估计动目标距离向速度,并据此进行距离走动校正。最后,采用Wigner-Hough变换估计动目标的多普勒调频率,通过补偿二次和三次多普勒相位实现动目标的精确聚焦。仿真结果表明：该方法对参数估计有较高的准确性,同时估计的参数对动目标成像有较好的聚焦效果。     

一种基于时间调制的弹性化SAR卫星系统

星载合成孔径雷达(SAR)系统能全天时、全天候观测,在地震、洪涝、台风等自然灾害监测中具有重要作用。双基、多基SAR卫星更具有极高的经济、科学、安全价值。然而,目前在轨的大型星载SAR卫星造价昂贵,且双基SAR卫星需数颗同等规模的卫星。双基SAR卫星系统存在星间同步链路,因此卫星可扩展性不强。提出了一种基于时间调制的低成本弹性化Ka波段调频连续波(FMCW)SAR小卫星星座系统。该系统基于一组独立、模块化的发射卫星和接收卫星。采用Ka FMCW SAR体制和时间调制天线(TMA)技术,可减轻接收星2/3以上的质量。该系统采用自主任务规划技术,具备多样化的工作模式,为单发多收、多发多收等应用需求提供了一种弹性化的解决方案。     

小旋转角的逆合成孔径转台成像

在地面雷达成像中,目标经过运动补偿和相关处理后大都可以看作匀速转动的转台目标,所以分析转台目标的成像原理是对实际目标成像的基础。本文从理论上详细分析了采用线性调频波形去调频机制的小旋转角转台目标逆合成孔径成像的基本原理;给出了距离维和方位维的理论分辨率,推导出了距离维和方位维的成像尺寸与雷达参数的具体关系;为了和去调频距离维成像相比较,分析了距离维匹配滤波的成像原理,得出二者有相同分辨率的结论;最后针对理想点模型和圆台模型分别进行了计算机仿真,仿真结果证明了去调频成像结论的正确性。     

基于组字典学习的逆合成孔径雷达成像方法

基于压缩感知(compressive sensing, CS)的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像方法可以使用非常少的数据来获得高质量的图像。但基于CS的ISAR成像方法中目标场景不准确的稀疏表示限制了成像方法的性能。结合字典学习(dictionary learning, DL)技术的CS ISAR成像方法能够寻找到目标场景图像块的最优稀疏表示,提高成像质量,但每一个图像块被单独考虑,而忽略了彼此之间的相互依赖关系。为了实现进一步提高成像质量的目标,针对ISAR图像分块重建的问题,首次提出一种基于组字典学习(group dictionary learning,GDL)的ISAR成像方法。将具有相似结构的图像块聚类并构建出多个图像块组,利用奇异值分解(singular value decomposition, SVD)从图像块组中学习出最优组稀疏变换字典。学习好的组稀疏变换字典可以寻找到待重建图像块组的最优稀疏表示,进而重建出高质量的目标场景图像。实验结果表明:与现有的CS ISAR成像方法相比,基于GDL的ISAR成像方法能获得更好的成像效果,并具有更高的计算效率。     

调频连续波合成孔径雷达滑动聚束成像算法

调频连续波(FMCW)体制下,传统脉冲合成孔径雷达(SAR)的"走—停"回波模型已经不再适用,快时间走动项引入的距离-方位耦合项不可以忽略,否则会使图像质量的降低。该文首先构建FMCW回波模型,其次,提出了一种基于两步式的滑动聚束SAR成像算法。所提算法针对滑动聚束模式中,多普勒历程大于脉冲重复频率(PRF)所造成的频谱混叠问题,采用方位频域去斜的预处理加以解决。由于距离徙动校正(RCMC)后方位时域依旧混叠,该算法通过方位去斜在频域完成聚焦避免再一次的解混叠操作。通过仿真验证,该算法能够实现高精度的FMCW SAR滑动聚束成像。