机载SAR运动补偿技术研究

文中围绕机载SAR的运动补偿问题,对机载SAR运动误差的产生、运动误差对成像的影响以及运动补偿的实现等问题做大量探讨与仿真论证,并利用机载飞行试验的实测数据进行成像试验,验证运动补偿算法的有效性。     

基于移动最小二乘法的机载SAR成像运动误差补偿方法

机载SAR平台在飞行过程中产生的运动误差会导致成像质量下降,利用测量数据提取运动误差是机载SAR运动补偿的重要手段之一。通过对机载SAR运动误差理论的推导,提出一种基于移动最小二乘法的机载SAR成像运动补偿方法,方法借助于惯性导航系统记录的东北天三维速度信息,对其进行处理,进而获得雷达平台的三维空间信息,再与后向投影算法结合,完成SAR成像运动补偿。方法是对最小二乘法进行改进,使其不需要对数据进行分段估计和平滑,还可以保证估计结果的正确性。实验结果验证方法对运动误差估计的准确性和有效性。     

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。     

提高星载合成孔径雷达图像几何校正精度的算法

依据合成孔径雷达 (SAR)距离方程和多普勒方程 ,用 SAR成像参数可实现 SAR图像的几何校正。星载 SAR平台存在定位误差 ,特别是在轨迹向和垂直轨迹向 ,将影响几何校正的精度 ,主要是降低图像的几何逼真度及增大目标定位误差。文中提出了采用有限数量的地面控制点抑制卫星在轨迹向和垂直轨迹向的定位偏差 ,从而有效地提高了 SAR图像的几何校正精度     

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。     

预失真补偿技术在高分辨SAR系统中的应用

分析系统的幅相误差对高分辨SAR成像的影响,在此基础上提出利用预失真补偿技术对发射机的幅相误差进行补偿,给出一种利用FPGA实现预失真补偿的方法,经过飞机挂飞试验,取得高质量、高分辨率的SAR图像,通过试验证明此种补偿方法是可行的、有效的。     

单通道SAR对任意运动目标的检测和成像

在合成孔径雷达（SAR）图像中，运动目标会引起散焦和／或移位之类的成像误差，这与目标运动方向有关。为了得到准确而清晰的运动目标的图像，目标位置和速度参数是必须知道的。这里提出了一种对任意方向运动的地面目标进行探测、参数估计和成像的算法。该算法主要是评估由常规单通道SAR雷达数据生成的一系列单视SAR图像。用两个观察模型来估计运动目标的位置和速度，考虑了由于运动导致多普勒频谱的混叠。用这种方法，运动目标可以不受其运动方向的影响而被检测到，估计参数被用来补偿SAR图像中的成像误差。最后，目标在场景中的真实运动情况可以在补偿过的图像序列中显现。     

一种对地姿态重定向的机动轨迹规划及控制方法

针对载荷工作时需根据目标点指向进行姿态动态调整的对地遥感卫星快速重定向问题进行了研究。鉴于综合考虑轨道运动、观测目标重定向及对目标瞄准时姿态动态调整的复杂性,首先将观测目标重定向运动解耦出来,并利用轨道系下绕欧拉轴旋转的策略进行规划,从而便于由运动学精确推导姿态机动角加速度在内的期望跟踪轨迹参量解析式;基于期望轨迹参量,设计了一种基于前馈补偿与跟踪误差线性反馈控制相结合的姿态跟踪控制器,在动力学参数确知时可实现运动学及动力学的精确补偿;进一步考虑系统离散实现及零阶保持带来的补偿误差,基于冲量等效原理对补偿算法的角加速度进行修正;最后,利用闭环与开环控制仿真对所提出方法的有效性进行了验证。     

机载合成孔径雷达散射波干扰研究

根据机载合成孔径雷达理论模型和散射波干扰原理,提出了一种散射波干扰的实现方法——干扰机转发雷达信号散射波干扰,即干扰机接收到雷达信号进行处理后向成像区域照射,经地物散射的SAR信号,由SAR接收系统接收,形成散射波干扰.通过分析机载合成孔径雷达的理论模型,指出了影响成像效果最重要的因素是方位二次相位误差.散射波干扰能够在距离向和方位向实现二维相干干扰,使机载SAR图像散焦,形成散焦图像压制干扰.最后通过计算机仿真验证了干扰机转发雷达信号形成地物散射波干扰的干扰效果.     

基于方位去斜的SAR/GMTI方法研究

具有同时获取静止场景高分辨率图像和检测慢速运动目标能力,是多通道SAR/GMTI雷达优于传统单通道SAR和预警雷达的重要特征之一.文章采用基于方位去斜SAR成像技术的三通道SAR/GMTI方法对地面运动目标进行检测、定位和测速,着重研究了一种结合相位补偿、图像配准和多通道多像素自适应处理的杂波抑制方法.分别在有无配准误差情况下,对比了自适应处理与直接对消方法的杂波抑制效果,说明了多消一的自适应处理针对配准误差具有更好的稳健性.最后利用对三通道SAR/GMTI系统实测数据的处理,验证了所述方法流程的可行性.     

合成孔径雷达实时成像回波数据的生成方法

在分析合成孔径雷达成像原理的基础上 ,建立了雷达回波信号模型 ,提出了一种生成回波数据的方法。并利用这种回波数据 ,在奔腾 PC机上实现了机载合成孔径雷达的实时成像软件仿真。该实时成像方法可用于考核合成孔径雷达 ( SAR)实时处理器连续动态成像的性能、如 :实时性图像拼接 ,载机运动补偿等。     

基于直升机平台SAR的方位重影抑制方法

直升机合成孔径雷达(SAR)已成为遥感领域的重要探测工具。针对平台微小高频振动导致方位重影,造成图像质量降低的问题,提出了一种振动相位补偿算法。首先利用回波录取的几何构型,推导基于直升机振动平台的SAR回波表达式,并引入雅可比-安格尔恒等式,对回波完成一阶贝塞尔级数展开,获得高频振动误差与方位向重影的关系式。然后,从直升机SAR实测数据入手,对方位相位进行差分、提取和快速傅里叶变换,得到振动频点信息,并对频点信息进行反演,得到高频误差相位。最后,利用高频误差相位对原始回波进行补偿,抑制成对回波模糊现象,从而消除方位重影。基于实测数据的成像处理结果验证了所提方法的有效性。     

地面对SAR发射干扰信号中的寄生调制

对空间合成孔径成像雷达的电子干扰非常重要,具有很高的军事价值和战略意义.地面对SAR进行干扰是对SAR实施干扰的重要方式之一.地面干扰发射机和SAR之间的附加相对运动,产生了传输发射信号的寄生相位调制.研究了这种寄生调制产生的原因、数学模型以及补偿的技术.提出的论点皆得到了Matlab仿真的证实,对地面干扰系统设计有一定的参考价值.     

基于ATI技术和象素匹配的星载SAR/GMTI实现方法

与机载合成孔径雷达相比,星载合成孔径雷达由于其复杂的空间几何关系、地球自转及地球曲率等因素的影响,使得星载SAR／GMTI的实现更为复杂。提出了当不满足相位偏置中心天线(DPCA)中脉冲重复频率和天线水平基线间的严格约束条件时,通过象素匹配法和星载SAR沿航迹向干涉(ATI)技术实现星载合成孔径雷达(SAR)动目标检测、测速及定位的一种方法。该方法采用沿航迹向线性排列的双孔径天线星载SAR结构,首先建立了星载SAR双孔径天线空间几何模型并详细分析了星载SAR双孔径天线机理及信号特性,然后利用常规方法成像的双天线SAR图像,分析并推导了基于ATI技术和象素匹配实现对地面背景杂波淹没的运动目标检测、径向速度分量估计以及目标定位的方法。最后,通过计算机仿真验证了其有效性。     

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。     

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。     

大带宽高分辨力多通道SAR频谱重构

针对大带宽高分辨力SAR的幅相误差特性,提出了基于通道幅相误差补偿的偏移相位中心多通道SAR频谱重构算法。该算法利用雷达内定标数据估计通道内和通道间的系统幅相误差并补偿回波数据,然后通过频谱重构滤波器抑制模糊多普勒频率信号,获得无模糊的多普勒信号。仿真和实测数据的成像结果表明,该算法能够有效抑制高分辨力多通道SAR的模糊多普勒分量,获得满意的成像效果。