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.      

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.      

曲线合成孔径雷达迭代算法

研究了曲线合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)二维信号模型和三维信号模型,得到了曲线SAR回波信号的数学表达式.将迭代算法应用于曲线SAR, 根据最小化非线性方差准则得到了曲线SAR中RELAX估计算法代价函数,详细研究了二维RELAX估计算法和三维RELAX估计算法的每一个具体步骤,可估计出目标点的散射强度和位置.给出了递推过程,规定了收敛条件,分析了RELAX估计算法的特点和计算量,得出RELAX算法收敛速度快,计算量相对较小,收敛条件苛刻会增加RELAX算法的计算量.研究成果为应用迭代算法提取曲线SAR数据的三维信息提供了指导.     

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.      

二维海面上三维电大尺寸舰船目标电磁散射仿真

目标特征的建模、仿真和分析对于合成孔径雷达（SAR）基于图像的自动识别（ATR）系统具有重要的意义。研究了海面舰船目标的电磁散射计算以及雷达成像仿真。基于矩量法及其并行计算方法,对电大尺寸舰船目标及与海面复合的散射特性进行了研究,给出了不同频带、空间方位、极化的散射特性。在频域对回波数据作离散傅里叶逆变换,得到海面舰船目标的一维距离像。运用极坐标格式成像算法得到其二维聚束SAR成像结果,清晰地重构目标的轮廓。      

基于俯冲模型的SAR成像处理和几何校正

针对高速俯冲状态下斜视SAR(Synthetic Aperture Radar)高分辨率成像处理和几何校正方法进行研究,建立了通用的SAR空间几何模型,在此基础上推导了俯冲状态下的等效斜视距离模型,并给出相应的回波信号数学模型.根据高速俯冲SAR的信号特点,采用Burst工作模式,利用改进的ECS(Extended Chirp Scaling)成像算法进行成像处理,给出了成像处理流程和相位补偿因子表达式.根据距离方程和多普勒定位方程组推导了针对ECS成像算法的几何校正计算公式.计算机仿真结果表明,改进ECS算法能够对俯冲模式SAR进行高分辨率成像处理,并对斜视SAR具有较好的处理能力,提出的几何校正方法能够很好地修正几何失真.      

近前视弹载SAR的改进后向投影成像算法

针对现有的弹载合成孔径雷达(SAR)大斜视算法所处理的斜视角度受限,传统的后向投影(BP)算法运算量大以及已有的快速后向投影算法不能进行并行处理等问题,提出了一种适于并行处理的近前视弹载SAR的改进后向投影算法.首先根据近前视弹载SAR的几何关系,建立回波信号模型,然后在距离方向上对弹载SAR扫描场景进行等间隔分割,在合并子孔径的同时分裂图像,达到所需图像精度时停止合并和分裂,再相干叠加反向投影到扫描场景的分割小区域内的回波,这样就会得到扫描区域的弹载SAR图像.对于各个条带可以采取并行处理来分别成像,可以进一步提高成像速度.最后利用仿真回波数据和实测回波数据对本文改进算法进行验证,通过与其他算法的比较,证明了本文改进算法可以处理高达86°的近前视场景,并且处理速度大大快于传统BP算法的处理速度,再配合并行处理划分的条带,处理速度会快于现有的改进BP算法的处理速度.      

基于子孔径ECS算法的天基视频SAR成像方法

针对天基视频合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像中回波数据重叠及实时性要求,提出了一种基于子孔径扩展线性调频变标(Extended Chirp Scaling,ECS)处理的天基视频SAR成像算法。首先提出了大角度聚束视频成像模式下的回波数据分割方法,然后基于重叠率与帧频的要求对回波数据进行子孔径划分,子孔径内部进行ECS成像处理后,在距离多普勒域进行子孔径合成,实现视频成像,从而避免了重叠数据的重复运算,有效提高了视频SAR的成像效率,重叠数据重复运算率由78.1%降为10%,最后通过计算机仿真验证了该算法的有效性。     

星载聚束式SAR 精确成像处理

分析了星载聚束式合成孔径雷达(SAR)的信号特性,主要研究了多普勒中心频率、多普勒带宽以及脉冲重复频率(PRF)与斜视角的关系.基于改进的Chirp Scaling算法,处理时采用了子孔径方法.通过子孔径方法,可以有效降低数据率及雷达发射峰值功率,并可解决多普勒中心频率的时变问题.此外,分析了偏航控制对于实现精确成像的必要性,给出偏航控制规律,证明偏航控制可以有效减小距离徙动量,降低成像处理难度.最后,通过计算机仿真,验证了处理方法的有效性.     

月地双基SAR成像的快速后向投影算法研究

为了提高对全球变化的大尺度观测能力,月基对地观测的概念应运而生。由于月基单站合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的双程传播会造成回波信噪比衰减,为此针对月地双基SAR工作模式展开研究。考虑到月、地、星复杂的相对运动为成像带来困难,根据月、地、星的几何关系建立平面直角回波模型。同时考虑到月球和卫星运行轨迹的弯曲性,分析模型误差,推导了精确的回波二维频谱表达式。在此基础上提出了一种基于快速后向投影的SAR成像算法,补偿了方位空变的模型误差,利用频域子孔径成像和频谱融合实现成像算法的快速化。通过分析可知月地双基SAR的理论回波信噪比与地月距离的平方成反比,与月基单站SAR相比有显著提升,最后通过X波段SAR仿真数据验证了文章算法处理月地双基SAR成像问题的效性。     

一种新的联想记忆系统及其学习收敛性

提出了一种新的联想记忆系统--基于牛顿前向插公式的联想记忆系统(NFI AMS),用以实现在任意阶多变量多项式函数的高精度逼近,设计了相应的学习方法,并证明了在通常情况下对于任意多变量连续函数,NFI-AMS的学习总是以任意精度收敛的.该系统较之传统的CMAC类型的AMS,具有所需供学习的样本点较少,学习精度高和存储单元空间较小的优点,且比多层BP网络具有学习算法简单和收敛速度快的特点,可望在智能控制与信号处理,模式识别中得到应用.     

空间目标一维距离像畸变补偿的混合算法

高分辨距离像的畸变补偿是空间目标ISAR成像过程中的重要环节。由于空间目标基带回波的模糊函数峰值落在包含原点的平行直线族上,根据平行直线族的约束边界建立了一个多目标规划模型,并利用正则化原理提出了一种目标速度估计的直接算法,具有解析解。将其作为迭代初值,进一步利用一维迭代搜索算法搜索距离像波形熵的最小值,获得了更精确的速度估计量。仿真结果表明,文章提出的混合搜索算法综合了解析算法和迭代搜索算法在计算量和准确性方面的优点,能有效估计空间目标径向速度并补偿一维距离像畸变。     

基于光场成像技术的散射性火焰温度场重建

光场成像是一项新兴的非接触式测温技术，针对传统辐射成像温度场重构效率低的问题，开展了基于光场成像的散射性火焰温度场重建研究。在火焰光场成像模型的基础上，以广义源项多流法为正问题模型，利用Landweber算法重构吸收散射性火焰的三维温度场，同时引入最小二乘QR（LSQR）分解算法作为对比以衡量Landweber算法的性能。分析了测量误差对于重建精度的影响，重建结果表明，即使在添加5%测量误差的情况下温度场的平均重建相对误差也仅为0.91%和0.92%，重建结果仍然是合理的。Landweber算法和LSQR算法具有相当的计算精度，但Landweber算法的计算时间是LSQR算法的1/10，其计算效率明显优于LSQR算法。      

基于嵌入式FPGA加速ORB算法的遥感影像配准方法

卫星上计算资源有限，星载嵌入式处理器处理遥感影像的配准时通常需要很长的时间。可编程逻辑门阵列（FPGA）利用其内部可编程器件可用于加速图像处理。提出了一种基于Xilinx公司的ZYNQ芯片加速ORB算法的遥感影像配准方法，可用于3000×3000像素尺寸的卫星图像配准，缩短了计算耗时，提升了ORB算法的计算能效比。利用FPGA能够实现真正的并行计算电路，实现ORB算法多支路单层流水线的并行计算结构。采用软硬件结合的方法实现架构，能够处理不同分辨率的图像，可灵活配置特征点的数量。基于设计的加速ORB配准方法，获得了较高准确率。与软件实现相比,OVS-1A遥感影像偏移精度损失低于0.05个像元;GF.4遥感影像偏移精度损失小于0.9个像元。将ORB配准算法流程应用在ZYNQ7020上，耗时减少了57.50%。     

基于多通道天线高分辨率星载SAR 实现方法研究

对基于多通道天线实现高分辨率星载SAR的方法进行了深入研究,建立了三通道天线SAR的回波信号模型,提出了一种回波处理方式,将单发三收模式下的回波数据转变为传统的单发单收模式下的回波数据,可用常规条带式成像方法进行成像处理.对采用多通道天线实现高分辨率星载SAR涉及到的脉冲重复频率PRF偏离问题进行了深入分析和研究,推导出PRF偏离造成的虚假目标的理论位置和虚假目标与真实目标的峰值功率比值,计算机仿真试验证明了上述内容的有效性.      

基于分层随机梯度辨识算法的传感器故障检测方法

提出一种基于两阶段递推随机梯度参数辨识的传感器故障的在线检测方法.相对于最小二乘参数辨识算法,随机梯度参数辨识算法所需计算量更小.针对计算能力受限的系统,提出基于随机梯度参数辨识的检测算法.通过分析可知,参数辨识精度越高时检测精度越高.为提高精度,给出基于两阶段递推随机梯度参数辨识的检测算法并设计基于最新估计信息的残差.除此之外,还给出新的检测算法与原有的基于最小二乘检测算法计算量的对比分析,并通过仿真实例,证明新的检测算法的优越性及有效性.     

一种基于切比雪夫插值的联想记忆系统

提出了一种基于切比雪夫插值的高阶联想记忆系统(TI-AMS),能提供对任意阶多变量多项式函数的无误差逼近.切比雪夫插值的近似于最优一致逼近的性质从理论上保证了对任意连续函数的全局逼近精度.特别在对一些不连续函数(如矩形脉冲函数)的逼近中也有其它AMS无法比拟的优势.理论分析和数值模拟表明,该系统具有计算简单、学习精度高、收敛速度快、总的存储单元空间较小等优点.可广泛应用于图像压缩、模式识别、及高精度实时智能控制等领域.      

基于星上实时信号处理机的Chirp Scaling算法实现方法

基于改进的Chirp Scaling算法,提出了一种适用于星上实时信号处理机的高效成像处理实现方法,其核心思想也可应用于其它高分辨率星载SAR的精确成像算法.首先介绍了实时信号处理机的结构,分析了数据处理粒度及其并行流水处理结构.在此基础上,针对单个粒度的成像处理重新设计了算法流程,提出了一种高效的实现方法.利用实时信号处理机,对仿真的回波数据进行了成像处理实验,结果表明:在41?s内能够完成成像处理,成像处理速度和图像质量满足系统设计要求,从而验证了该方法的有效性.