单通道SAR实现ATI动目标检测的新方法

研究了采用单通道合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)多视沿航迹向干涉(ATI,Along Track Interferometry)实现地面慢速运动目标指示的检测方法.分析了该方法所需的步骤,即利用重叠或不重叠的窗构造子视,对子视分别成像,相位误差校正并求干涉.关于其中起关键作用的相位误差校正步骤,提出了利用信号子空间投影进行相位配准的补偿方法.借助该鲁棒的自适应方法可以从某种程度上解决子图像间的去相关问题,降低相位随机性的影响,从2幅子视图像的干涉相位图上敏锐地检测到运动目标.通过仿真实验,验证了该方法可以有效地从强杂波中检测动目标,为单通道SAR实现地面运动目标指示(GMTI,Ground Moving Target Indication)、扩展已有SAR系统功能提供可靠的途径.      

基于小波变换的干涉SAR图像的降噪方法

根据干涉合成孔径雷达(SAR)图像的噪声来源和性质以及干涉合成孔径雷达信号处理的特点,选择了具有对称性和紧支性的双正交小波变换应用于干涉SAR图像的噪声抑制,提出了基于小波标架表示的干涉SAR相位图像的降噪算法.与传统的低通滤波器及中值滤波器处理的结果对比显示,利用小波变换方法处理干涉合成孔径雷达图像以提高干涉相位精度的方法是可行的,并且小波变换方法是基于观测数据的自适应算法.      

高分辨率多通道天线星载SAR的MCCS成像算法

在分析经典条带成像算法在处理高分辨率多通道天线星载SAR(Synthetic Aperture Radar)回波信号方面局限性的基础上,提出适用于高分辨率多通道天线星载合成孔径雷达的多通道Chirp Scaling成像算法(MCCS, Multi-channel Chirp Scaling Algorithm).该算法利用补偿滤波器组来实现从高分辨率多通道天线星载SAR回波数据到传统条带SAR回波数据的等效转换,利用Chirp Scaling原理实现精确聚焦,进而从根本上摆脱了分布相位中心(DPC,Displaced Phase Center)等效条件对高分辨率多通道天线星载SAR的约束.最后通过计算机仿真结果验证了该算法的有效性.      

面向综合环境监测的星载SAR技术发展

针对中国微波遥感对地观测在信息维度、反演精度、观测效率和体系架构等方面存在的问题,基于国家重点研发计划“星载新体制SAR综合环境监测技术”的研究内容与成果,探讨了面向综合环境监测的若干未来星载SAR技术发展。在超大幅宽成像方面,提出分段渐变重频时序设计方案和基于最优线性无偏估计的低过采样变重频数据处理算法,实现了跨盲区大幅宽星载SAR成像;在宽幅星载SAR高灵敏度成像方面,提出中频数字波束合成高效星上实时处理架构和加权因子快速生成算法,采用16通道机载飞行试验数据验证,图像信噪比提升约112dB;在多极化星载SAR成像方面,分别提出一种简缩极化分解算法及混合全极化方位模糊抑制方法,在P/L波段机载飞行试验中得到验证;在高精度干涉SAR技术方面,提出基于改进相位补偿方案的层析SAR处理方法,利用P波段全极化层析SAR数据验证,获得优于0.9m的森林高度反演精度;在综合环境监测星座架构设计方面,针对广域地表高程、地表形变、海浪谱能量、洋流速度和生物量应用,完成品质因数达100的高分宽幅SAR卫星方案,其观测效能和观测维度较目前在轨SAR卫星有大幅提升。     

基于幅度和相位联合的ATI动目标检测新方法

分析了影响SAR-ATI动目标检测干涉相位图中点幅度和相位分布的因素——包括雷达噪 声、杂波能量、地面RCS起伏以及成像时的旁瓣等.针对SAR-ATI检测时虚警概率过高问题, 基于幅度门限和相位门限联合动目标检测处理,提出了一种改进方法:首先对SAR每一个 通道的图像域中相位被污染的点作一次关于能量梯度的预滤波,在滤除了干涉相位图中相位 失效的点之后,根据雷达的固有噪声及干涉相位分布图,在概率意义下设定滤波门限进行 自适应幅度滤波;最后采用相位门限进行检测处理,有效降低了虚警概率;同时给出一个 由干涉相位图中统计量拟合出的动目标检测曲线经验公式,能够明显降低在低杂噪比条件下 的虚警概率.仿真结果验证了此方法的有效性.      

一种干涉SAR复图像数据的快速仿真方法

为了给干涉测高算法提供具有先验知识的干涉数据,进行算法的定量可控误差分析,以完成算法性能的定量评估,针对干涉SAR(合成孔径雷达)数据仿真进行了深入的研究.考虑多种因素,推导出用于干涉SAR仿真的一种仿真模型,能快速完成干涉SAR面目标复图像的仿真;并提出迭代插值算法反推雷达斜距,既很好地去除了干涉SAR仿真中的奇异点效应,又提高了仿真速度.能够为图像配准、相位解缠产生数据源,也可进行基线估计.计算机仿真结果表明,新仿真模型具有快捷、灵活、多功能性,迭代插值算法也具有快速准确性.     

基于方位向多通道星载ScanSAR的MCECS算法

针对如何实现星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)超宽测绘带的问题,对多通道星载SAR扫描模式开展研究.在分析该模式特点的基础上提出了实现超宽测绘带的方法,并推导了多通道扫描模式成像处理算法(MCECS,Multiple Channels Extended Chirp Scaling).该算法利用内定标数据校正通道间的幅相不一致性,通过滤波方法完成了方位向非均匀采样信号的重构.在采用修正的天线长度进行"扇贝效应"校正以及精确聚焦处理后,通过求解四次方程的方法对图像进行快速地理编码,并完成图像的拼接.最后利用计算机仿真验证了算法的有效性.      

一种基于探测器下行信号融合处理的无线电干涉测量方法

针对深空探测器常用下行信号体制,结合无线电干涉测量特点,提出了一种基于探测器DOR信标信号和数传信号融合处理的干涉测量方法。该方法首先通过相关处理得到DOR信号和数传信号的差分相位,利用DOR信号进行带宽综合得到时延估计,并构建时延模型;然后,利用时延模型得到DOR信号与数传信号在数传载波处的相位差,并以此对数传信号差分相位进行补偿;最后,利用DOR信号差分相位和补偿后的数传信号差分相位进行带宽综合,实现高精度干涉测量。深空探测网数据处理结果表明融合处理后时延估计随机误差明显降低;但受介质时延误差影响,融合处理对系统时延精度的改善幅度有所减小。该方法仅通过改进干涉测量数据处理方法即实现了时延估计随机误差的改善,不仅提高了信号使用效率,而且增强了航天测控系统的鲁棒性,在应急测控背景下具有特殊意义。     

主星带辅星群干涉SAR编队设计的约束条件

针对主星带辅星群干涉SAR的星载双站、斜视、空间基线等特点,从系统工作过程和测高性能分析角度出发,分别对主星带辅星编队干涉SAR编队设计的几个变量(主星与辅星群的距离、基线的长度和指向角)提出设计约束条件。对辅星回波时序、信噪比进行分析,得到主、辅星间距离设计的约束条件;对干涉测高精度进行分析,重点考虑空间基线去相关对干涉相位误差进而对测高精度的影响,给出基线长度和指向角与干涉测高精度的关系,得到基线长度和指向角设计的约束条件。仿真分析表明,由于干涉车轮和干涉钟摆编队是基于正侧视干涉几何提出的,它们的测高性能不是最优的。     

基于快速退火MRF的改进SAR图像分割方法

基于Markov随机场(MRF,Markov Random Field)的SAR图像分割方法利用了SAR图像的灰度和结构信息,能在分割过程中有效抑制斑点噪声,获得较高的分割精度.但这类方法的缺点是模拟退火的计算量很大.针对该问题,提出了一种基于快速退火MRF的SAR图像分割处理方法.该方法根据SAR图像Gibbs分布的特性,在求取全局最优解时,首先寻找邻域系统中占有支配地位的某种标记,若存在占支配地位的标记,用此标记更新状态;反之,则沿用传统模拟退火的方法随机更新状态.由于该方法引入基于Gibbs分布的先验判决进行系统状态更新,因此能够快速求得全局最优解.最后对真实SAR图像进行处理,处理结果验证了算法的有效性.     

大气延迟误差对InSAR数据处理影响的定量分析

从重复轨道InSAR测量基本原理出发, 详细给出了相位测量误差对InSAR测高、 双轨法D-InSAR形变测量、三轨法D-InSAR形变测量、四轨法D-InSAR形变测量影响的近似关系式以及大气延迟误差对相位测量影响的近似关系式; 以此为基础分别推导出了大气延迟误差对InSAR测高、双轨法D-InSAR形变测量、三轨法D-InSAR形变测量和四轨法D-InSAR形变测量影响的近似关系式, 同时以ERS-1星载系统为例进行模拟实验, 分析讨论了大气延迟误差对InSAR测高、双轨法D-InSAR形变测量、三轨法D-InSAR形变测量以及四轨法D-InSAR形变测量的影响, 从而得出了大气延迟误差对InSAR数据处理影响的结论.      

基于ATI技术的一种动目标检测的实现方法

提出了一种基于双孔径天线沿航迹向干涉(ATI, Along-Track Interferometry)的动目标检测、测速及定位的实现方法.该方法与DPCA(Displaced Phase Center Antenna)技术相比,不要求天线载体速度和脉冲重复频率之间必须满足严格的制约条件,同时克服了DPCA技术及CSI(Clutter Suppression Interferometry)技术产生的动目标回波强度随目标径向速度按正弦规律相消而降低了对慢速目标的检测能力的不足.在ATI理论分析的基础上,给出了利用干涉图像的干涉相位信息进行动目标检测、径向速度分量估计及定位的一种实现方法.这种检测方法能够完成被地面背景杂波淹没的慢速运动目标的检测、测速及定位.计算机仿真结果验证了其有效性.      

面向"CE-3号"软着陆过程的深空网干涉测量技术

针对"CE-3号"探测器软着陆过程中弹道位置测定的问题,利用中国深空网干涉测量测轨数据,论述并验证了应用深空网干涉测量技术支持探月卫星软着陆过程中弹道位置测定的可行性。针对提取同一时刻观测量的两个核心技术,论述了自适应模型重构算法以及干涉相位解模糊算法,克服了软着陆过程航天器机动不确定性恶化轨道预报精度,进而引起相关引导模型失效的问题;利用跟踪过程中目标干涉相位连续特性递推实现干涉相位解模糊。实测数据的处理分析表明,深空网干涉测量数据处理分析精度在0.3ns量级,对应于约30nrad的角位置精度。     

基于差分进化算法的导航星座在轨重构构型设计

针对有卫星失效下的导航星座,提出了对在轨卫星进行相位机动的方法来对星座的空间构型进行重构,以实现修复和改善星座性能的目的。首先,利用共面高轨和共面低轨变相的方式来对在轨卫星的相位进行调整,建立共面轨道相位机动的数学模型;其次,提出了除重构时间和重构能量外的其他重构指标,包括重构能量均衡度和重构构型恢复性,并建立了各重构指标的数学模型;然后,建立了重构构型的优化模型,并对优化问题中个体的评价手段与编码方式进行设计;最后,以北斗中MEO卫星失效为例,利用差分进化算法对优化模型进行求解,得到以不同重构指标为目标函数下的Pareto前沿。从结果中可以看出该重构方法对星座性能的提升最大可以达到41.2%,同时Pareto前沿中对应的所有重构策略中,重构能量、重构构型的均衡度、重构构型的健壮性的数量级均维持在-1、-3和0的水平。     

压缩感知OFDM稀疏信道估计导频设计

为提高稀疏信道估计性能, 基于压缩感知(CS)理论, 研究了正交频分复用(OFDM)系统中的导频设计问题。由于已有方法不能准确衡量采样矩阵重建性能, 从而导致根据已有方法设计的导频具有较差的信道估计性能, 因此提出以互相关矩阵元素的立方和为准则准确评价采样矩阵的重建性能。针对OFDM系统信道估计导频设计为离散组合优化问题, 提出了一种并行完全树分组替换搜索算法用于搜索最优的导频。在算法的每次循环中, 先将导频索引集合分组, 再根据每一组替换的结果更新导频, 提出的方法扩大了导频搜索空间, 避免了导频搜索的局部最优问题。仿真结果表明, 提出的评价方法相比现有方法能够准确评价采样矩阵重建性能, 使用提出的准则设计的导频与现有互相关准则相比信道估计均方误差可减小约3 dB。同时, 所提出的导频搜索算法具有更快的收敛速度和最优的导频搜索性能。      

一种基于迭代的多音干扰消除方案

针对正交频分复用技术(OFDM)系统的多音干扰,本文提出先通过增加频域分辨率进行多音干扰识别,再基于迭代运算逐个对多个单音干扰进行参数估计、重构和消除的方案。其中,在多音干扰识别阶段,使用Zoom FFT技术以提高频域分辨率并简化计算复杂度。然而,Zoom FFT后的降采样序列点数不一定满足2的整数次幂,对于单音干扰参数估计,此时可采用经典的基于离散傅里叶变换(DFT)的最大似然参数估计(DFT-MLE),但当采样点数太大时,DFT运算将带来很大的实现复杂度。本文在基于DFT-MLE算法基础上给出一种基于快速傅里叶变换(FFT)的单音参数估计法FFT-MLE,不仅简化了运算复杂度,而且相比DFT-MLE其估计性能有更好的鲁棒性。最后的仿真结果说明了该多音干扰消除方案的有效性。     

一种二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法

提出了一种基于相位补偿的二维干涉综合孔径辐射计近场成像算法.从干涉综合孔径辐射计的成像原理和近场应用情况出发,分析了快速傅里叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)反演算法在近场条件下存在的问题,并采用相位补偿的方法,提出了一种近场数值反演算法.对点目标用FFT算法和近场成像算法进行了成像仿真,仿真结果表明近场成像算法比FFT算法具有更高的空间分辨率.用一套8mm波段二元干涉综合孔径辐射计对人工双点源场景进行了成像实验,实验结果证明了该近场算法的有效性.