高分三号卫星聚束SAR误差补偿成像处理技术研究

从高分三号(GF-3)卫星滑动聚束成像模型和回波信号特性出发,针对滑动聚束米级高分辨率SAR聚焦对回波信号误差敏感的特点,重点对滑动聚束高分辨率成像处理算法进行了深入研究,在此基础上提出了一种结合内定标信号幅相误差补偿的滑动聚束高分辨率去斜频率变标(DCS)成像处理算法,给出了算法详细实现步骤和技术流程。利用GF-3卫星实测数据进行了处理效果验证,结果表明:结合内定标信号幅相误差补偿的DCS成像处理算法,能有效改善滑动聚束高分辨率SAR成像的图像质量,可获得更好的成像处理和聚焦效果,验证了算法的有效性。     

脉冲体制毫米波SAR多通道信号处理方法研究

为实现高分辨率、宽测绘带的综合观测目的,以毫米波频段多通道合成孔径雷达(SAR)信号模型为基础,对同时具备距离多通道、方位多通道的SAR成像处理流程进行分析,针对非均匀通道重构容易受到姿态误差影响的问题,引入惯导设备姿态数据实现参数校准,并基于上海卫星工程研究所Ka频段多通道SAR机载挂飞数据完成方法验证。数据处理结果表明:通过二维多通道数据处理,能够有效改善欠采样下的SAR图像方位模糊特性并优化噪声特性,提升图像可判读性。研究结果可为毫米波多通道SAR成像系统的研制与应用处理提供参考。     

基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法

方位向DPCA多通道技术能够提高星载TOPSAR模式的方位分辨率,但TOPSAR回波信号的场景多普勒频谱混叠和方位非均匀采样给多通道TOPSAR成像带来了困难。针对这个问题,提出了一种基于DPCA算法的星载多通道TOPSAR成像方法。该方法通过调整方位向发射/接收子孔径的等效相位中心位置,使等效相位中心分布基本满足均匀采样的要求,同时利用复制拼接的方法解决了TOPSAR多普勒频谱混叠问题,最后利用改进的SPECAN算法完成聚焦成像。该成像方法避免了方位向多通道非均匀采样信号的重构操作,同时复制拼接操作和改进的SPECAN算法避免了方位向数据分块操作和方位时域的扩展。点目标和分布目标的仿真结果验证了提出的成像方法。     

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。     

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。     

一种数字阵列雷达小视场快速成像方法

针对通道幅相误差和RCM(距离单元徙动)幅相误差同时出现导致数字阵列雷达近程成像效果不佳的问题,研究了一种在小视场条件下快速实现数字阵列雷达近程成像的方法。通过研究数字阵列雷达的回波信号模型,确定了DBF(数字波束合成)成像中幅相误差的来源,在此基础上,建立了数字阵列雷达小视场成像的快速DBF成像模型。理论仿真和实测数据表明:该方法在校准通道幅相误差时能有效实现RCM幅相误差的补偿,通过单次FFT(快速傅里叶变换)即可实现DBF成像。与现有小视场成像方法相比,该方法能在保证成像质量的前提下,显著提高成像效率,在系统性能评估测试等小视场应用中具有较好的应用前景。     

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。     

基于宽带数字波束形成的多通道均衡校正技术

宽带数字波束形成技术是实现多目标测控的一种较为理想的系统方案。首先介绍多目标测控系统的总体架构,然后给出一种基于频域均衡的宽带DBF通道校正算法,采用具有线性相位结构的FIR滤波器进行信道均衡。仿真及实测数据表明,算法能够准确补偿由于通道间差异引起的信号幅相误差,完成测控系统多通道校准。     

一种多普勒域走动校正的斜视SAR成像算法

为了解决时域校正走动带来的方位空变性问题,提出了一种在方位多普勒域走动校正的斜视合成孔径雷达（SAR）成像算法。文中利用级数反演理论,将斜距公式展开至三次项,推导出SAR回波信号的两维频谱表达式。再从两维频谱出发,提出了基于两维频谱匹配滤波的斜视SAR成像算法。该算法考虑到距离空变性问题,提出先在两维频域进行走动校正和相位预滤波,接着在距离多普勒域进行线性频率变标的处理方法,经过距离脉压和方位脉压能够得到聚焦良好的SAR图像。此外,该方法与距离徙动（RMA）算法相比可以有效地降低需要处理的数据量。最后,临近空间SAR仿真实验证明本文提出方法的可行性和有效性。     

星载方位多通道斜视SAR对运动目标成像方法

由于受到斜视角和运动速度的影响,方位多通道合成孔径雷达(SAR)的方位模糊和速度模糊问题更加严重,从而影响斜视模式下运动目标的多通道重建与成像。为了解决该问题,文章提出了一种星载方位多通道斜视SAR运动目标成像方法。首先,分析并建立斜视模式下运动目标精确回波模型,然后,基于谱估计及改进Radon变换实现运动目标无模糊径向速度估计,对目标二维频谱进行匹配滤波实现运动目标成像。最后,点目标仿真实验验证了该方法的有效性。     

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。     

P波段SAR射频干扰信号分析及抑制方法研究

分析了实测P波段SAR静默接收数据,研究了模拟电视信号的频谱特性。针对P波段SAR回波中的模拟电视干扰信号,提出了一种新的干扰抑制方法。通过在时域拼接多个脉冲的回波数据增加模拟电视信号的观测时间以提高频率分辨率,进而在距离频域对其准确识别。根据模拟电视信号的频谱特征,在距离频域构造滤波器组滤除模拟电视信号的离散谱线,保留了谱线间SAR回波信号的频谱分量。实际回波数据的成像处理结果验证了方法的有效性。     

基于级数反演法的变速运动SAR回波二维频域模拟算法

针对变速运动平台,提出了一种基于级数反演法的SAR回波模拟二维频域的算法。建立了变速运动模式SAR的几何模型,利用级数反演法,得到了较为准确的信号2维频谱表达式,并对由变速运动引入的大场景空变性进行了分析,给出了空变性相位误差补偿因子,实现了回波信号的精确仿真。分析表明该算法能够在保证较高的相位精度情况下大大的提高SAR回波的仿真速度。仿真结果证明了该算法的有效性。     

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。     

基于运动参数估计的中轨道星载SAR舰船成像算法研究

中轨合成孔径雷达具有非匀直运动轨迹的特点,对非合作运动舰船目标成像时,相对运动复杂,成像困难.提出一种适用于中轨SAR海上运动舰船目标的高分辨成像算法,首先分析中轨SAR的特性,推导中轨SAR精确的斜距模型,分析由运动舰船引起的回波相位误差,结合斜距模型和多普勒参数估计推导舰船运动参数,进而修正斜距模型,根据修正后的斜...     

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。     

误码率对星载合成孔径雷达图像质量影响的数字仿真研究

定量分析了星载合成孔径雷达 (SAR)原始回波信号的量化噪声、饱和噪声以及误码噪声对面目标信噪比的影响 ;建立了星载 SAR数字仿真系统 ,对不同误码率条件下的点目标阵场景的星载 SAR原始回波信号进行数字仿真 ,采用 Chirp Scaling算法进行成像处理 ,并对成像结果进行图像质量评估 ,研究了误码噪声对点目标 (尤其是弱信号目标 )性能影响的规律。