超高分辨率机载SAR成像算法及其GPU实现

雷达成像分辨率的不断提高,给SAR高精度实时成像处理带来了新的挑战。采用高效精确的成像算法以及对算法进行硬件加速是解决该问题的有效途径。本文提出了一种适用于超高分辨率机载SAR成像的精确高效成像处理方案,并利用并行化硬件平台GPU对该成像方案进行了硬件加速。实测数据处理结果充分验证了该处理方案的聚焦精度和处理效率。     

一种基于数字聚束的极坐标格式算法波前弯曲补偿

提出了一种基于数字聚束技术的PFA波前弯曲误差补偿新方法,该方法首先对回波数据进行两维空域滤波和降采样,将原始的宽波束大场景数据分解成若干窄的子波束子场景数据,再结合PFA的非共面运动补偿能力,能够有效解决在雷达任意航迹条件下的PFA波前弯曲误差补偿问题,显著提高PFA有效成像场景范围。仿真数据处理表明了算法的有效性。     

复杂航迹和起伏地形条件下机载聚束SAR 空变运动补偿

 运动补偿是雷达平台机动飞行条件下合成孔径雷达(SAR)实现精确聚焦成像的前提,而如何精确实现运动误差的空变补偿(误差补偿随目标距离、方位和高度位置的变化而变化)目前还存在很大的挑战。本文提出了一种新的三阶运动补偿方法,能够有效解决复杂雷达航迹和地形起伏条件下运动误差的空变补偿问题。该方法首先以场景中心为参考进行空不变运动补偿,然后以多个子场景中心为参考进行空变运动补偿,最后再利用极坐标格式算法(PFA)统一补偿每个像素的空变误差。仿真数据处理结果验证了本文方法的有效性。     

基于极坐标格式算法的大斜视条带SAR子孔径拼接成像算法

大斜视条带 合成孔径雷达（Synthetic aperture radar, SAR）成像信号处理目前主要面临大斜视导致 的距离方位耦合严重和全孔径条带 SAR处理的实时实现困难。文中针对这两个难点 ，提出了一种基于极坐标格式算法（Polar format algorithm, PFA）的大斜视条带SAR子孔 径拼接成像处理算法。该算法利用改进的PFA来解决子孔径内大斜视高精度成像问题，通过 子孔径图像拼接来实现全孔径实时成像。仿真和实测数据的处理结果证实了本文方法的有效 性。     

SAR极坐标格式成像算法对运动目标响应特性

运动目标的合成孔径雷达（SAR）成像特征是SAR地面运动目标指示（SAR/GMTI）系统进行运动目标检测、成像和重定位的基础。为此,从信号二维解耦合校正距离徙动角度推导和分析了极坐标格式算法（PFA）对运动目标的响应特性,揭示了极坐标格式转换过程中的距离插值和方位插值对运动目标距离徙动的校正原理。理论分析表明：PFA在完成对静止目标成像的同时,还能够自动校正所有运动目标的线性距离徒动,且校正过程无需目标运动信息,因此对于径向运动目标,在忽略波前弯曲条件下PFA也能够对其进行完全聚焦。最后,通过仿真数据处理对理论分析结果进行了验证,表明PFA作为一种运动目标成像预处理方法具有很大的应用前景。     

基于先验误差模型的机载高分宽幅DBF-SAR自聚焦算法

高分宽幅（HRWS）数字波束形成（DBF）合成孔径雷达（SAR）利用多通道空间采样代替部分时域采样,可以有效缓解SAR成像时高分辨率与宽测绘带间的矛盾,具有重要的军用和民用价值。现有常规DBF-SAR成像算法都假设雷达传感器相对位置精确已知,实际应用中受传感器位置测量误差影响,由位置不精确导致的相位误差会严重影响DBF-SAR高精度成像能力。在极坐标格式算法（PFA）框架下,推导了DBF-SAR成像处理后,残留相位误差的解析模型,分析了该误差对成像质量的影响。依据推导的先验相位误差解析结构模型,提出了一种基于图像对比度最优化准则的自聚焦算法。新算法通过引入先验相位结构信息,极大降低了待估参数的空间维数,可以同时改善自聚焦算法的参数估计精度和计算效率。数据处理结果验证了理论分析的正确性和所提算法的有效性。     

基于两维空变滤波的PFA波前弯曲误差补偿

极坐标格式算法(PFA)因受波前弯曲误差的影响,其有效成像场景范围受到一定的限制。采用图像域的空变滤波(SVPF)处理可以有效补偿波前弯曲误差,但为了简化分析,已有SVPF方法在补偿过程中都采取了一定的近似,在对大场景进行高分辨率成像时仍然不能满足聚焦精度要求。对PFA的极坐标格式转换给出了一种新的解析解释,利用该解释推导得到了精确的波前弯曲误差表达式;基于该波前弯曲误差模型,提出了一种基于两维SVPF处理的波前弯曲误差补偿方法。最后通过仿真数据处理验证了该算法的有效性。     

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。