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。     

Ku波段机载极化SAR数据定标

针对极化合成孔径雷达(SAR)数据采集过程中出现的通道串扰、通道不平衡问题,利用Ku波段机载全极化SAR数据进行定标试验研究。进行了极化通道间干涉相位去除,以及包含相位校正、串扰校正和通道不平衡校正的极化SAR定标处理。对三面角反射器后向散射的分析表明:经定标处理后,极化通道不平衡降至1 dB以内,通道串扰降至-17 dB以下,极化特征图与理想三面角更为接近。Freeman-Durden分解结果表明:经定标处理后,极化SAR数据能较为准确地反映地物主要散射机制信息。     

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。     

星载合成孔径雷达图像的飞机目标检测

针对大场景下星载合成孔径雷达(SAR)图像中飞机目标检测问题,提出一种端到端的飞机目标检测算法。先在大场景SAR图像中对机场目标进行粗检测,定位机场区域,再通过精确分割算法获得机场的精细区域。对机场区域中的飞机目标进行检测,采用一种基于Canny算子的边缘检测与卷积神经网络结合的飞机目标检测算法。通过飞机边缘检测、边界框预处理等操作确定潜在飞机目标在机场中的位置范围,采用基于GoogLeNet的卷积神经网络对可疑目标进行鉴别。利用星载合成孔径雷达数据对算法进行验证,证明该方法的有效性与实用性。     

基于深度学习算法的极化合成孔径雷达通用分类器设计

地物分类是PolSAR(极化合成孔径雷达)的重要应用方向。传统算法需要基于特定数据人工选取特征和设计分类器,而深度学习算法能够自行从海量数据中提取层次化特征。在深度学习算法总结的基础上,结合深度学习和PolSAR大数据,提出了一种高效率、高精度的通用分类器设计方法。使用人工标记的数据训练CNN(深度卷积网络),自动化地进行特征学习和提取,并实现高精度的地物自动分类。在具有不同分辨率的机载和星载PolSAR数据上对通用分类器进行测试,都能快速、准确地分类。研究成果可快速将PolSAR数据转译为更直观的地物分类结果,对海量数据,特别是GF-3卫星PolSAR图像的利用有一定的辅助价值。     

基于稀疏空间谱估计的星载SAR DBF算法

针对星载合成孔径雷达(SAR)系统利用俯仰向数字波束形成(DBF)技术接收场景回波时受地形的影响,会出现波束指向偏差的问题,提出了基于稀疏空间谱估计的星载SAR数字波束形成方法。该方法将目标场景高程估计问题转换为波达方向估计问题,考虑到回波信号的稀疏性,进而等效为稀疏空间谱估计问题,然后利用凸优化方法求解得到目标波达方向。最后,仿真实验验证了该方法的有效性,结果表明该方法可以降低传统自适应方法受小样本和低信噪比影响的限制,实现复杂地形下的正确波束指向,保证回波信号的接收增益。     

Introduction to global short message communication service of BeiDou-3 navigation satellite system

Short Message Communication (SMC) is a featured service of BeiDou Navigation Satellite System (BDS). After its successful deployment in 2003, Regional Short Message Communication (RSMC) service has been continuously serving China and its neighboring countries and regions, especially in life safety scenarios. In this paper, the architecture of the Global Short Message Communication (GSMC) system is proposed based on the medium earth orbit (MEO) constellation and the crosslinks of the global BeiDou navigation system (BDS-3). Three subtypes of GSMC service, i.e. positioning report, emergency search and rescue (SAR) and regular SMC are designed in accordance with the technical characteristic of integration of navigation and communication in BDS-3, which supports future wide applications of GSMC. The performance of the designed GSMC system is analyzed by numerical calculations. As BDS-3 was officially announced completion on July 31, 2020, GSMC has been providing initial service. First test results of the in orbit GSMC payloads are also presented in the paper to verify the designed capabilities. Preliminary results also show that the requirements of Global Maritime Distress and Safety System (GMDSS) can also be fulfilled.     

一种视频SAR运动目标成像算法

视频合成孔径雷达ViSAR(Video Synthetic Aperture Radar)成像模式与传统SAR成像模式不同,此模式需要持续监测目标区域。通过子孔径划分的方法将目标区域的回波划分孔径,然后针对每一个划分后的子孔径进行单独成像和配准,最后把每一帧图像进行处理形成视频,利用序列图像形成的视频去提取目标的运动信息。视频SAR独特的高帧率成像处理使其对运动目标的检测具有很大的优势。提供了一种基于极坐标算法PFA(Polar Format Algorithm)的视频SAR运动目标成像的方法,视频SAR成像帧率可达到每秒5帧。     

一种基于COTS的SAR分布式目标模拟方法

针对目前合成孔径雷达(SAR)目标模拟器通常只能模拟点目标，且通用化程度和实时性较低的问题，提出了一种基于商用现成品或技术(COTS)的SAR分布式目标模拟方法。利用NI PXI平台构建了一个基于电磁仿真的SAR分布式目标模拟器，由电磁仿真软件模拟获取目标散射特性，并通过高速网口输入硬件设备进行采样及卷积操作得到仿真SAR回波数字信号，经数模转换模块完成对SAR数字信号的调制并输出模拟回波，可以直接用于SAR系统的数据验证。模拟器采用数字式一体化硬件设备，由NI PXIe-5646R和PXIe-5840进行信号的接收和发送，PXIe-7902作为系统核心进行高速实时数据运算。系统以现场可编程门阵列(FPGA)为核心，通过LabVIEW RT (Real Time)和FPGA模块直接进行访问，能实时、高速地采集和处理数据。经过测试，该目标模拟器可以生成分布式目标的射频回波信号，环路验证结果证明了本文提出方法的有效性。另外，本文提出的方法适用于多种雷达信号的模拟，通过设置不同的信号体制或接收外部信号输入，可以实现灵活的SAR目标模拟。     

应用形态学算子检测SAR图像中的湍流航迹

在条件合适的情况下，利用天基和航空ＳＡＲ（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｒａｄａｒ）可以观察到海上航行的船舶及其航迹。在ＳＡＲ图像是观察到的航迹有好几种，其中，湍流航迹是在所有航迹特征中出现的概率最大的一种，它一般是以暗的线的形式出现的，针对这一特点我们提出运用形态学处子来检测ＳＡＲ图像是的湍流航迹。运用形态学的方法有它自己的优势：可以有效抑制斑点噪声，可以检测在于一室长度的航迹特征，而不