基于二维deramp处理的高分辨率 聚束SAR成像算法

有效解决回波信号的数据率是高分辨率聚束式星载SAR的难点之一.基于两步成 像算法和CS(Chirp Scaling)成像算法,提出了一种适用于高分辨率聚束式星载SAR的成像算 法——TDDCS(Two Dimension Deramp Chirp Scaling)成像算法.该算法从距离dechirp处理 后回波信号出发,首先利用二维deramp 处理来消除频谱混叠现象,这不仅能实现以对应条 带模式的脉冲重复频率来设计聚束SAR系统,也保证满足观测带宽度所需的回波窗长度,接 着利用CS处理和相位补偿实现精确的距离徙动校正,最后利用方位相匹配滤波 处理实现方位向压缩,得到最终的成像结果.基于等效斜视模型,给出了整个算法的详细推 导过程和实现流程,通过计算机仿真验证了本算法的有效性.      

Deramp range migration processing for space-borne spotlight synthetic aperture radar

The deramp range migration algorithm (DRMA) for space-borne spotlight synthetic aperture radar (SAR) is presented, which is based on the two-step algorithm and range migration algorithm. The presented algorithm combines the advantages of SPECAN algorithm and range migration algorithm. Firstly, the presented algorithm performs a bulk azimuth raw data compression to achieve a pixel spacing no larger than the expected azimuth resolution of the fully focused image. Therefore, the azimuth spectral folding phenomenon is overcome. Secondly, the residual and precise focusing of the synthetic aperture radar data is achieved by applying the range migration algorithm. The space-borne SAR focusing parameters’ computation is also described in the paper. At the end of this paper, results are presented which confirm the validity of the presented algorithm.     

基于自仿射分形建模的干涉仿真

对合成孔径雷达干涉仿真进行了深入研究,阐述了干涉仿真的基本原理,分析了影响干涉合成孔径雷达图像质量的各种噪声干扰因素,重点讨论了干涉合成孔径雷达仿真模型以及建立准确模型的重要性.比较了目前常用的干涉仿真模型,分析了这些模型在仿真过程中存在的缺陷,并基于自仿射分形理论建模仿真了实际的干涉过程,获得了满足合成孔径雷达空间采样率的数字高程模型.仿真结果表明,利用自仿射分形理论仿真不仅可以真实逼真地反映自然目标场景的随机起伏特性和雷达图像特有的几何畸变现象,而且可以对去相干因素进行定量分析,同时有助于验证干涉处理算法和优化系统设计.      

相位梯度自聚焦的离散域分析与实现

通常的自聚焦方法基于低阶相位误差模型,只能估计低阶相位误差,所以不适合高分辨力机载合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)的要求.本文研究的相位梯度自聚焦PGA(Phase Gradient Autofocus)是非模型的相位误差估计,因此对任意阶相位误差都有非常好的自聚焦性能.本文在离散时域和频域探讨和综述了PGA的有关问题及其实现方法.最后给出了PGA算法与一种基于低阶相位误差模型的mapdrift自聚焦算法比较的实验结果.      

一种星载SAR模糊区回波信号仿真方法

模糊度是星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)星地一体化系统方案设计中的重要技术指标.为了定量化研究模糊度对图像质量的影响,提出了一种星载SAR模糊区回波信号的仿真方法.该方法采用星载SAR模糊区回波信号模型.利用该方法生成包含观测区场景和模糊区场景的星载SAR回波信号,经成像处理后可以获得具有模糊特性的SAR图像.该仿真方法为定量化研究模糊度与图像质量之间的关系提供仿真工具,它能够反映模糊区目标的图形特征,为SAR图像的解译判读提供参考依据.计算机仿真结果验证了该方法的有效性.      

高精度星载SAR多普勒参数估算方法

提出了一种基于空间坐标转换,利用卫星位置、速度参数精确估算星载SAR(Synthetic Aperture Radar)全观测带多普勒参数的方法.利用卫星速度、位置,通过星载SAR空间几何模型和坐标转换关系,建立SAR图像中斜距同卫星下视角之间的四次方程,解出下视角并进一步计算出该斜距处的多普勒参数值.仿真结果表明,该方法在无卫星位置、速度误差情况下估算精度达到0.02Hz(多普勒中心频率)和2×10-4Hz/s(多普勒调频率);存在卫星位置测量误差(300m)以及速度测量误差(0.3m/s)的情况下,估算精度达到0.8Hz(多普勒中心频率)和0.07Hz/s(多普勒调频率).该方法适用于单星SAR以及分布式SAR高精度多普勒参数的估算.      

一种分布式小卫星SAR单视复图像信号仿真方法

总结了分布式小卫星合成孔径雷达(DSS-SAR,Distributed Small Satellite Synthetic Aperture Radar)回波信号仿真所需具备的基本功能.给出了DSS-SAR的空间几何模型和信号模型.空间几何模型由描述小卫星编队构形的Hill方程给出,信号模型由单视复图像信号模型、信号相关性模型和干涉相位的统计特性共同描述.结合空间几何模型和单视复图像信号模型,提出了一种简洁的DSS-SAR单视复图像信号的仿真方法.该仿真方法中,小卫星的空间位置是根据虚拟中心空间位置和小卫星的编队构形计算得到,因此仿真时能够任意设置小卫星群的编队构形.通过对圆锥三维地形和平地两种地面场景的进行回波信号仿真,结果表明该仿真方法不但能够实现DSS-SAR信号仿真必须具备的功能,而且还具有实现简洁、误差加入方便等优点.      

合成孔径雷达压缩感知成像方法

为解决大带宽、多通道空间雷达系统的数据量大导致数据无法存储和传输的问题,介绍了一种基于压缩感知理论(CS,Compressive Sensing)的、全新的合成孔径雷达数据获取体制和脉冲压缩方法.在观测场景满足一定稀疏特性的前提条件下,使用该方法取代传统的匹配滤波方法进行脉冲压缩处理,可以从远远低于常规雷达所获取的数据量中恢复出原始场景.压缩感知脉冲压缩是通过使用一种贪婪追踪算法解一个逆问题来重建脉冲压缩后的信号.给出了该方法的原理和过程,并通过计算机仿真验证了该方法的有效性.这种新方法可以简化雷达系统,有效降低存储和传输的数据量,将设计重点从昂贵的接收机硬件上转移到智能信号重建算法上去.      

卫星姿态指向抖动与SAR成像质量关系研究

建立了卫星姿态指向抖动的数学模型,基于成对回波畸变理论推导了存在姿态指向抖动时点目标扩展函数的解析表达式,提出了卫星姿态指向抖动幅度与星载SAR(合成孔径雷达)成像质量关系的定量分析方法,为SAR卫星总体分析与设计提供了理论依据.计算机仿真结果验证了结论的正确性.      

星载聚束式SAR天线波束指向控制分析

建立了波束控制条件下的星载聚束式SAR的天线指向及成像数学模型,证实天线波束指向被控造成回波信号的幅度调制,引起成对回波,从而影响成像质量.此外,分析了波束指向控制比率与测绘带方位宽度、图像动态范围的制约关系,提出设计星载聚束式 SAR天线波束指向控制比率的基本原则.最后,通过计算机仿真,验证了理论分析的正确性.      

一种基于PCI总线的可编程雷达信号模拟器实现

针对目前雷达回波信号模拟器功能单一、信号回放速度低的问题,提出了采用计算机PCI总线式结构、高速FIFO和高速D/A的实现方案,使模拟器的数据更新速度达到8 MHz,信号回放速率达到73 MHz;采用FPGA技术,使系统参数程控可选,且可方便地改动其组成结构以适应不同类型的雷达.通过对合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)回波信号的仿真输出,并经现场运行表明,该方案可行,样机运行可靠,满足对高分辨率图像的仿真要求.      

高分辨率多通道天线星载SAR的MCCS成像算法

在分析经典条带成像算法在处理高分辨率多通道天线星载SAR(Synthetic Aperture Radar)回波信号方面局限性的基础上,提出适用于高分辨率多通道天线星载合成孔径雷达的多通道Chirp Scaling成像算法(MCCS, Multi-channel Chirp Scaling Algorithm).该算法利用补偿滤波器组来实现从高分辨率多通道天线星载SAR回波数据到传统条带SAR回波数据的等效转换,利用Chirp Scaling原理实现精确聚焦,进而从根本上摆脱了分布相位中心(DPC,Displaced Phase Center)等效条件对高分辨率多通道天线星载SAR的约束.最后通过计算机仿真结果验证了该算法的有效性.      

一种干涉SAR复图像数据的快速仿真方法

为了给干涉测高算法提供具有先验知识的干涉数据,进行算法的定量可控误差分析,以完成算法性能的定量评估,针对干涉SAR(合成孔径雷达)数据仿真进行了深入的研究.考虑多种因素,推导出用于干涉SAR仿真的一种仿真模型,能快速完成干涉SAR面目标复图像的仿真;并提出迭代插值算法反推雷达斜距,既很好地去除了干涉SAR仿真中的奇异点效应,又提高了仿真速度.能够为图像配准、相位解缠产生数据源,也可进行基线估计.计算机仿真结果表明,新仿真模型具有快捷、灵活、多功能性,迭代插值算法也具有快速准确性.     

高分辨率多模式星载SAR系统设计方法

针对当前星载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)朝高分辨率、多模式方向快速发展的趋势,兼顾星载SAR系统多种工作模式的特点,总结星载SAR系统的星地一体化指标体系;在此基础上提出了高分辨率、多模式星载SAR系统星地一体化设计方法,给出了系统星地一体化设计流程,对雷达天线参数设计、雷达系统参数设计、雷达发射功率选择进行重点分析;以国外高分辨率、多模式星载SAR系统为例,以其总体技术指标及轨道参数为依据,设计了系统的中央电子设备参数、天线参数及波位参数,并分析了系统的性能,从而对所提出的设计方法进行了验证.该方法克服了现有方法的局限性,为高分辨率、多模式星载SAR系统研制提供了技术支撑.     

SAR图像非平稳性对图像模型和滤波降噪方法的影响

从随机过程理论角度按平稳程度把合成孔径雷达(SAR)图像分为分辨单元内平稳、分辨单元内不平稳、处理窗内局部平稳和处理窗内局部不平稳4种情况,研究了非平稳性对图像的斑点乘性噪声模型、场景-斑点乘积模型和结构邻域模型的影响,得出各自的平稳性适用条件,并在此基础上评价了各种滤波降噪方法的性能,用实际数据进行了验证.      

相位梯度自聚焦算法的性能分析及改进

描述了相位梯度自聚焦(PGA)算法的实现步骤.基于对PGA算法的性能分析及对PGA算法的基本步骤所起作用的研究,提出了两种改进的方法.首先,通过对加窗方法的改进,提高了算法的聚焦速度;另外,通过选择适当的距离行进行处理,使算法即使在低信噪比的条件下也能达到较好的聚焦效果.      

0.1m分辨率机载SAR孔径依赖性运动补偿方法

讨论了0.1m分辨率机载合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)运动补偿方案设计中的一个新问题.超高方位分辨率意味着长合成孔径和大相干积累角,条带模式下的回波数据中可能包含不可忽略的方位角度相关的残余运动误差.分析了这种运动误差孔径依赖性对机载SAR成像质量的影响,它将造成图像的几何失真和方位散焦.提出了一种基于子孔径数据处理的补偿方法,根据雷达瞬时照射时刻与多普勒频率之间的关联性对数据进行方位向上的分段和补偿,可以直接嵌入联合一阶运动补偿和二阶运动补偿的成像处理流程中.仿真结果表明此孔径依赖性运动补偿方法进一步改善了图像的聚焦质量.     

基于贪婪算法的近空间平台区域覆盖优化设计

为了实现近空间多平台对任意区域的协同覆盖观测,提出了一种近空间区域性覆盖优化设计方法.该方法针对问题建立了NP-hard集合覆盖模型,应用随机贪婪算法设计并优化平台的位置参数以及采用的波位.随机贪婪方法从贪婪算法得到的一个解出发,随机移除一定比例的平台,再用贪婪策略加入若干个平台,改进了原始贪婪算法对优解空间搜索不足的缺点,因此提高了解的优度,同时也避免了应用遗传算法、蚁群算法等智能搜索算法在解决此类问题时对全部子集族庞大的存储和复杂的计算.利用STK(Satellite Tool Kit)卫星仿真软件对四川汶川地区的优化设计结果进行了仿真,仿真结果给出了在100%覆盖的情况下平台的各参数信息,验证了该优化设计方法的有效性和智能性,为近空间区域覆盖设计提供了有力参考.     

星载SAR相控阵天线热变形误差分析

根据星载SAR相控阵天线结构特点,建立了天线热变形误差的数学模型,定义了阵面不平整度指标.基于成对回波畸变理论,推导了天线阵面存在热变形误差时的方向图函数表达式,导出了单频热变形误差分量与模糊度之间的统计关系,提出了定量分析星载SAR相控阵天线热变形误差对模糊性能影响的有效方法.基于L波段星载SAR天线进行了计算机仿真,验证了分析方法的正确性.