FMCW体制毫米波SAR实时信号处理方法研究

与脉冲体制合成孔径雷达(SAR)相比,调频连续波(FMCW)体制SAR具有体积小、重量轻、分辨率高、功耗低和低截获等一系列优点,目前小型或微小型SAR普遍采用FMCW工作体制。FMCW SAR在整个脉冲重复周期内都发射信号,其信号占空比达到了100%,为了减小数字接收机采样带宽,降低数据率,FMCW体制毫米波SAR一般采取解线频调接收的方式,但其数据量依然很大,而且机载平台受到气流的影响,运动误差很大,需要迭代估计与补偿,给实时处理模块带来了很大压力。为了提高整个机载FMCW SAR系统的信号实时处理性能,需要在算法层面进行改进。提出了一种两次子孔径误差估计和全孔径误差拼接补偿的FMCW SAR实时成像算法,使用相位梯度自聚焦(PGA)算法和图像偏置(MD)算法级联提取子孔径误差;然后进行子孔径误差拼接成全孔径误差补偿原数据,两维脉冲压缩后完成图像聚焦,提高了FMCW体制毫米波SAR成像算法的效率;最后使用机载Ka波段FMCW SAR实测数据,验证了该算法的有效性。     

一种基于遗传算法的最小熵自聚焦方法

自聚焦算法是获得高质量合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)图像的重要步骤.针对复杂成像场景和复杂运动误差SAR自聚焦问题,提出一种基于遗传算法的最小熵自聚焦方法.方法 通过高阶多项式函数拟合相位误差,以图像熵为代价函数,利用遗传算法最小化代价函数进而估计出相位误差,尤其适合于成像场景没...     

W波段UAV MISAR实时成像运动补偿方法

建立了实时成像正侧视合成孔径雷达(SAR)运动误差模型,采用了一种基于惯导和相位梯度自聚焦(PGA)运动误差估计的中心波束平面运动补偿算法。该算法对回波包络和相位进行分开补偿,利用惯导数据把带有运动误差的回波包络拉直,再利用相位梯度自聚焦算法对回波进行相位误差估计并补偿。针对实时成像的时间少、运算量大、运算资源受限等特点,该算法取消了距离徙动校正的步骤,将运动误差矢量在斜距平面投影并完成包络校正和相位误差估计。该方法运算量小,同时能满足分辨率要求。仿真结果表明:该方法能够得到质量较高的SAR图像。     

同步误差条件下的空间目标双基地ISAR自聚焦算法

以空间目标为研究对象,针对双基地雷达时间、空间及频率同步误差导致的逆合成孔径雷达图像散焦问题,提出基于离散多项式相位变换的自聚焦算法。算法首先将目标平动、转动及同步误差导致的相位项统一建模为高阶多项式,利用离散多项式相位变换方法估计高阶多项式系数并据此构建补偿相位项,完成高阶相位补偿。最后进行方位压缩得到高聚焦度的二维ISAR像。算法通过选取合适的延时参数及成像积累时间可得到高精度参数估计及相位补偿,理论分析和仿真校验了算法性能优于常用的非参数化自聚焦算法。     

用于聚束SAR成像的非迭代高质量相位梯度自聚焦（QPGA）算法

相位梯度自聚焦（PGA）方法对多种成像情况和相位误差函数都具有稳健性，但要其收敛通常需要进行4－6次迭代。为了收敛于杂波干扰中的显著散射体上，同时能充分地获取模糊函数，必须进行迭代。在本文中，我们提出用选择性地增大高质量同步源集合的方法来加速估计收敛，且不受SAR图像的距离像素的限制。这是非常可能的，因为每个距离单元中都含有一个以上的、横跨积累孔径的显著散射体。使在一个距离门中所选择出的次最亮的散射体的能量（比另一个距离门中最大亮度散射体）更高也是很可能的。由于采用恰当的目标滤波方法对从大的散射体集合中选择出的高质量散射体进行滤波，且采用了更高阶的相位误差测量工具，新算法在不进行迭代的情况下就获得近收敛的聚焦质量。我们把这种解决方案叫作高质量PGA（QPGA）算法。     

聚束照射SAR相位历程数据压缩的码率分配

在合成孔径雷达(SAR)系统中，必须对复相位历程数据进行大量的处理才能获得有用图像。而在聚束照射SAR系统中，对SAR相位历程数据进行孔径加权和逆傅里叶转换就能荻取有用图像。本文将讨论聚束照射SAR系统所获取的复相位历程数据的压缩问题。我们利用有关孔径加权函数和傅里叶变换处理方面的知识得到了一个对应于每个复相位历程数据样本的“增益”因子。然后，利用这个“增益”因子对相位历程数据的量化进行有效的比特分配，最后对本文所提出的数据压缩系统的性能进行了评估，并与其它现有SAR相位历程数据压缩系统作了比较。     

利用BP网络校正跟踪接收机的相位漂移

针对跟踪接收机不同通道之间相位差的漂移问题,提出利用BP神经网络作为校正环节来消除此相位漂移。通过原理分析用数学方法描述跟踪接收机存在的相位漂移问题,介绍BP神经网络的网络模型和一种动态全参数自适应学习算法,进而提出基于BP神经网络的相位漂移校正算法。仿真结果表明,该方法的相位校正效果较好,不仅保证了系统的角跟踪精度,而且实现了高度的自动化。     

一种顺轨干涉SAR时变平地相位去除方法

顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR),可以利用2幅SAR图像的干涉相位信息实现对动目标的检测和径向速度的测量。在实际情况下,由于平台和天线相位中心的不稳定,干涉基线的倾角变化会导致时变的交轨基线分量,从而引入平地相位干扰运动目标的检测和测速,需要去除其影响。针对此问题,提出一种基于回波数据的时变平地相位去除方法。该方法通过最小二乘法估计出基线在平地相位中的影响系数,再反演出估计的平地相位值,从而在干涉相位中进行去平地相位,提升了运动目标的检测和测速性能。通过仿真实验验证了理论公式的正确性,并计算了误差。     

基于SIFT子图像融合的直角坐标FBP算法

针对合成孔径雷达实测数据成像算法计算数据量大的问题,提出一种基于SIFT子图像融合的直角坐标系下的FBP算法。算法首先在直角坐标系下对SAR子孔径信号进行后向投影成像得到对应的子图像,然后对各子图像进行相位梯度自聚焦实现相位补偿,最后采用基于尺度不变特性变换(SIFT)的SAR图像配准方法对聚焦后的子图像进行融合得到全孔径图像。算法计算量比传统极坐标系下的快速后向投影算法小,并且由于基于SIFT的融合是针对复图像的融合,因此融合后图像的分辨率较传统的融合方法有所提高。机载实测数据的处理结果验证了算法的有效性。     

干涉SAR的相位展开算法

InSAR是从不同轨道收集同一区域的两幅SAR图像，然后根据上位差重建三维地形图像的成像雷达。因为相位差和地形高度之间有一定关系，因此按照相位差的分布，就能求出三维地形图。然而被测量的相位差是以20π弧度重叠的值，所以将其展开是十分必要的，而且利用这种算法的性能可控制测量精度。主要算法有Zebker提出的Branch Cut法，用这种算法测称之为“留数”的复数图像上的厅点，有必要解决其组合问题。本文讲究了以连接组合留数的线分总长度为标准，逐步改善其组合，并求出准最佳解的相位展开的计算方法。再用这处算法，根据观测卫星ERS－1（欧洲遥感卫星1号）的三个图像求出三维地形图，并且DEM（数字标高模型）进行了评价。其结果测量误差的标准偏差大约为30m，与DEM的精度一致。     

基于改进最大期望算法迭代相位检测器的研究

近年来出现的基于最大期望(EM)迭代算法的相位同步算法具有比传统非数据辅助(NDA)相位估计算法更低的相位误差,是适合于Turbo编码系统的一种相位同步算法。然而,EM迭代算法对初值的选取比较敏感,收敛性较差。为了克服EM迭代算法收敛性较差的缺点,提出一种基于改进EM算法的Turbo编码系统迭代相位同步算法。针对EM算法的缺点,用数据辅助(DA)和NDA结合的方法得到的相位估计作为EM算法的初值。数值仿真显示,该方法具有比随机初始化EM算法更好的相位检测性能。     

多基线干涉SAR的相位估计

利用多基线干涉SAR能够获得优于单基线干涉SAR的地形高程图。提出一种多基线干涉SAR的 相位估计方法。该方法首先对不同长短的基线对应的两幅复图像进行单基线干涉,得到条纹 疏密程度不同的单基线干涉相位图;然后根据短基线和长基线的关系,估计出长基线对应的 干涉相位被2π模糊的倍数;最后根据长基线对应的干涉相位的主值和估计出来的模糊 倍数恢复出长基线对应的干涉相位。分析了长短基线对应的干涉相位之间的关系,以及对应 的干涉相位主值之间的关系;论证了去平地前后该方法的适用性;给出了多基线干涉相位估 计方法的实现过程,并用计算机进行仿真,结果验证了该方法简单易行并且有效。
     

双星InSAR时间同步误差对相位同步的影响

针对双星编队的InSAR雷达系统,提出了SAR与相位同步一体化的系统框架,在双星时间同步误差的基础上,提出了一种综合考虑时间同步误差、SAR和相位同步发射及接收链路时延的双星相位同步设计方法,给出了相位同步补偿后的辅星回波信号相位和双星干涉相位,推导了两种时变相位误差功率谱密度,经过理论分析和仿真试验证明：相位同步补偿后,时间同步误差不影响相位同步精度,只影响辅星目标位置。辅星回波固定相位误差较大,但不影响成像,双星干涉固定相位误差为千分之几度,对干涉测高精度影响可以忽略,辅星回波和双星干涉时变相位误差与主星相近。     

基于频率相位估计的连线干涉测量DOR信号处理与分析

介绍连线干涉测量的测量原理,在分析相位差频率初相估计算法的基础上,指出算法在频率偏差边界处存在频率、相位估计不稳定的问题,采用Rife算法对其进行改进,并应用改进后的频率初相估计算法实现了DOR仿真信号的时延测量。测试信号和实测数据处理结果表明了改进算法的正确性,同时证明了连线干涉测量时延测量精度高的特点。     

相位干涉仪参差基线解模糊算法研究

针对多基线相位干涉仪测向时存在的相位模糊问题,分析相位差变化值的相位模糊特点,提出一种利用相位干涉仪基线间的参差距离对相位差进行解模糊的方法,讨论正确解模糊的条件、范围以及波达角估计精度与入射角之间的关系,并给出了仿真结果。     

阵元间互耦和幅度/相位失配参数的联合估计

针对阵列信号处理中存在的阵元间互耦和阵元幅度/相位失配的问题,提出了一种适用于任意阵列结构的估计算法。该算法使用一个辅助信号源,从不同方向分时发射信号,发射方向的个数决定于阵列中的阵元个数。算法能够利用信号子空间与噪声子空间的正交特性同时求解阵元间互耦系数和阵元幅度/相位失配参数。计算机仿真实验结果证明了该算法的正确性和有效性。     

机载聚束式合成孔径雷达成像算法中的相位误差分析

从分析机载合成孔径雷达成像处理中的相位误差来源，分类及其对图像质量的影响入手，以极坐标琥法的为例，着重讨论了聚束式ＳＡＲ成像算法中的相位误差历程和补偿途径。     

自聚焦与超分辨率合成孔径雷达成像

构想了一种基于快速傅立叶变换（FFT）的用于合成孔径雷达（SAR）成像横向距离相位误差补偿的参量算法，称做MCCLEAN。这种算法可用做大范围场景SAR成像的一种单独的自聚焦方法。本文作者同时还给出了一种具有类似结构的算法，该算法可对大范围场景中感兴趣的小场景或小区域（ROI）同时进行自聚焦与超分辨率SAR成像，并给出了一些例子以说明这两种算法的性能。     

重力测量卫星KBR系统相位中心在轨标定算法

针对低低跟踪(SST-LL)重力测量卫星K频段测距(KBR)系统相位中心在轨标定问题,提出了一种应用预测卡尔曼滤波算法的KBR系统在轨标定算法。首先,以磁力矩器和姿态控制喷气发动机为执行部件,对一颗卫星施加一定的组合力矩,使其绕另一颗卫星进行周期性姿态机动;然后,将星敏感器数据代入预测卡尔曼滤波算法中估计出卫星姿态;最后,根据KBR系统观测值与卫星姿态角之间的关系,利用扩展卡尔曼滤波算法估计出KBR系统相位中心的位置。数值仿真结果表明:KBR系统相位中心可以被实时估计,当存在较大的卫星姿态动力学模型误差时,KBR系统相位中心的标定误差仍在0.3mrad以内,证明此算法估计精度较高且鲁棒性强。     

分布式SAR相位同步误差的影响分析与试验验证

相位同步是分布式SAR系统必须考虑的突出问题之一。建立了双向脉冲交换相位同步全数字仿真模型,仿真得到相位同步误差信号。基于全数字仿真系统分析了不同类型相位同步误差对InSAR测高性能的影响。最后利用地面半实物仿真试验得到实际分布式SAR系统相位同步误差及其对InSAR测高的影响,实测相位同步误差标准差为2.6度,引起的InSAR相对测高精度损失在厘米量级;并且半实物试验结果与全数字试验结果一致,表明了相位同步方案及其影响分析的正确性。本文工作对分布式SAR相位同步分系统的设计与实现具有重要指导意义。