机载聚束式SAR中空变相差的分析

总结了聚束式SAR随空间变化的相位误差的自聚焦补偿方法,并通过分析当目标存在一定运动时所产生的相位误差而分析了聚束式SAR的空变相差的来源、散焦、对成像和图像质量的影响。文中给出了空变相差的数学模型,通过理论推导得到了相应的结论,仿真计算则证实了所得的结论。这些结论将直接应用于对已有空变相差自聚焦方法的改进,从而得到更为精确、高效、实用的空变相差自聚焦补偿算法。     

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。     

一种基于改进WLBF频谱的异构双基地前视SAR成像算法

异构平台组成的双基地前视合成孔径雷达（SAR）配置灵活,可实现多种构型下的前视成像,具有潜在的应用价值。然而特殊的几何构型使得其回波信号具有新的特性,给频谱模型的推导及成像算法的设计带来不便。针对这一问题,提出了一种基于改进WLBF （Weighted Loffeld's Bistatic Formula）频谱的双基地前视SAR成像算法。首先,引入时域去走动和切比雪夫降阶法,减小了传统频谱模型中相位历程的加权分割误差和二阶展开误差,在此基础上推导了回波信号的改进WLBF频谱表达式。然后,使用切比雪夫多项式将改进WLBF频谱展开并设计了双基地前视SAR成像算法。最后,对频谱模型和成像算法进行了仿真分析。结果表明所提改进WLBF频谱模型与传统频谱模型相比具有较高的精确度,设计的成像算法可满足异构双基地大前视系统的成像要求。     

机载SAR反投影图像自聚焦处理方法

反投影算法(BPA)是一种经典的时间域合成孔径雷达(SAR)成像处理方法。BPA对回波数据插值累加得到图像,运动误差导致的目标散焦沿不同的倾斜角度存在,无法直接应用现有的自聚焦算法。为此,提出了一种新颖的BPA图像运动补偿方案。基于反投影数据运动相位误差和距离徙动分析,研究了修正投影栅格成像,从而去除重建图像中目标散焦方向的空变特性。在中低分辨率配置下,重建SAR图像能够直接应用相位梯度自聚焦(PGA)等进行运动补偿。点目标仿真实验和实测数据结果验证了该算法的有效性。     

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。     

基于稀疏分解的空间目标双基地ISAR自聚焦算法

空间目标双基地逆合成孔径雷达（ISAR）成像中,双基地角时变会造成二维图像的散焦。针对此问题,在三大同步理想可实现的条件下,以平稳空间目标为研究对象,分析了空间目标双基地ISAR成像原理,研究了双基地角时变对二维图像散焦的影响机理,提出了利用稀疏分解实现高精度自聚焦的算法。首先,将半双基地角的余弦进行泰勒展开;其次,结合目标的平动及转动条件,将成像相位项用多项式建模;然后,利用稀疏分解算法估计多项式的二次项系数,据此构建补偿项完成相位补偿。算法利用L-曲线准则选取正则参数,基于目标尺寸的先验信息构建冗余基的高分辨因子,利用推广的正则化欠定系统聚焦求解（FOCUSS）算法实现稀疏表示系数的估计,在恰当选取词典分辨率的条件下,算法可实现二次相位项的精确补偿,仿真实验验证了算法性能优于常用的非参数化自聚焦算法。     

机载斜视SAR改进ETF快速成像算法

 根据机载斜视SAR(Synthetic Aperture Radar)成像模式，详细推导了任意场景位置的准确传递函数，在此基础上，提出了一种改进的ETF（Exact Transfer Function）成像算法。并推导得到了算法使用中分块处理应该满足的边界条件。由于推导过程基于准确运动模型和参考距离模型，方位相位的计算不做近似截取而是做准确计算，使得该算法具有更高的相位精度。同时该算法可运行于现有的成像系统，兼容性好；对数据分块并行运算，解决了斜视情况下大距离徙动带来的问题并且提高了运算速度。最后，点目标仿真成像结果证明了算法的有效性。     

双基地角时变下的ISAR稀疏孔径自聚焦成像

针对双基地角时变下的逆合成孔径雷达（ISAR）成像分辨率低以及稀疏孔径存在相位误差引起图像散焦等问题,提出了一种基于贝叶斯压缩感知（BCS）的双基地ISAR稀疏孔径自聚焦高分辨成像算法。在平动补偿后回波数据的基础上,首先构造补偿相位将由双基地角时变引起的多普勒偏移补偿掉,然后构造随双基地角变化的稀疏基矩阵,建立基于压缩感知的双基地ISAR稀疏孔径观测模型,并将相位误差作为ISAR成像的模型误差,接着假设目标图像各像元服从Laplace先验、噪声统计特性服从Gaussian分布,利用贝叶斯推理进行"分布式"迭代求解,在高分辨成像的同时实现了相位自聚焦,仿真结果验证了算法的有效性和优越性。     

调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法(英文)

本文提出了一种调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法。调频连续波SAR在运动过程中持续不断地发射和接收信号,这种运动导致了回波信号的伸缩,对波前重建产生了严重的影响。推导了回波信号模型,给出了信号的距离-多普勒域表达式,分析了由于天线不断运动而导致的相位变化与方位向频率之间的关系。改进的频率尺度变换算法补偿了这种相位变化,实现了目标的精确成像,仿真结果表明了分析的正确性和算法的有效性。     

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。     

Advanced high-order nonlinear chirp scaling algorithm for high-resolution wide-swath spaceborne SAR

Spaceborne Synthetic Aperture Radar (SAR) is a well-established and powerful imaging technology that can provide high-resolution images of the Earth’s surface on a global scale. For future SAR systems, one of the key capabilities is to acquire images with both high-resolution and wide-swath. In parallel to the evolution of SAR sensors, more precise range models, and effective imaging algorithms are required. Due to the significant azimuth-variance of the echo signal in High-Resolution Wide-Swath (HRWS) SAR, two challenges have been faced in conventional imaging algorithms. The first challenge is constructing a precise range model of the whole scene and the second one is to develop an effective imaging algorithm since existing ones fail to process high-resolution and wide azimuth swath SAR data effectively. In this paper, an Advanced High-order Nonlinear Chirp Scaling (A-HNLCS) algorithm for HRWS SAR is proposed. First, a novel Second-Order Equivalent Squint Range Model (SOESRM) is developed to describe the range history of the whole scene, by introducing a quadratic curve to fit the deviation of the azimuth FM rate. Second, a corresponding algorithm is derived, where the azimuth-variance of the echo signal is solved by azimuth equalizing processing and accurate focusing is achieved through a high-order nonlinear chirp scaling algorithm. As a result, the whole scene can be accurately focused through one single imaging processing. Simulations are provided to validate the proposed range model and imaging algorithm.     

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。     

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。     

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     

An improved imaging algorithm for spaceborne MAPs sliding spotlight SAR with high-resolution wide-swath capability

Conventional synthetic aperture radar(SAR) systems cannot achieve both highresolution and wide-swath imaging simultaneously.This problem can be mitigated by employing multiple-azimuth-phases(MAPs) technology for spaceborne sliding spotlight SAR systems.However, traditional imaging algorithms have met challenges to process the data accurately, due to range model error, MAPs data reconstruction problem, high-order cross-coupling phase error and variation of Doppler parameters along the azimuth direction.Therefore, an improved imaging algorithm is proposed for solving the above problems.Firstly, a modified hyperbolic range equation(MHRE) is proposed by introducing a cubic term into the traditional hyperbolic range equation(THRE).And two curved orbit correction methods are derived based on the proposed range model.Then, a MAPs sliding spotlight data reconstruction method is introduced, which solves the spectral aliasing problem by a de-rotation operation.Finally, high-order cross-coupling phases and variation of Doppler parameters are analyzed and the corresponding compensation methods are proposed.Simulation results for point-target scene are provided to verify the effectiveness of the proposed algorithm.     

无刷直流电机直接转矩控制系统的相电流检测及处理

无刷直流电机(BLDCM)直接转矩控制系统中,相电流的正确检测是实现转矩控制的前提。研究了BLDCM电磁转矩与相电流的关系,设计了相电流检测的硬件电路与软件算法。由霍尔电流传感器检测出相电流大小,经调理电路送入DSP的AD转换模块。针对AD转换带来的偏移和增益误差,采用最小二乘法及线性拟合函数进行数据校正；针对个别数据导致的偶然误差,提出了电流复合滤波方法；针对周期性干扰,在AD校正后加入了一阶滞后滤波。试验结果证明,所采用的相电流检测与处理方式降低了电流检测误差,实现了转矩的实时观测与直接控制,有效抑制了转矩脉动。