干涉式合成孔径雷达测量技术

论述具有三维测绘能力的干涉式合成孔径雷达（ＩｎＳＡＲ）测量技术。在ＩｎＳＡＲ中，除了形成普通的二维ＳＡＲ图像之外，还利用同一地物目标的两幅ＳＡＲ图像的干涉相位来提取该地物的高度信息。详细阐述ＩｎＳＡＲ的基本原理，分析其测量精度极限性能和某些设计约束，并概要介绍若干试验结果。     

干涉式合成孔径雷达测量技术

阐述具有三维测绘能力的干涉式合成孔径雷达(InSAR)的基本原理,分析地物高度的测量精度及其极限性能,讨论基线间隔的设计约束,并概要介绍若干试验结果。     

星载合成孔径雷达的几个发展方向

针对军事领域的应用,介绍了未来星载合成孔径雷达(Spaceborne SAR)的几个重要的发展方向,包括能三维成象的星载干涉合成孔径雷达(InSAR)、星载SAR的动目标检测、星载超宽带SAR、多频多极化星载SAR和分布式星载SAR。对从事星载合成孔径雷达及卫星系统分析和设计的工程技术人员具有一定的参考价值。     

参照失效物理分析的永久散射体提取过程

在雷达干涉测量中,永久散射体(PS)是一类不受时间、空间基线和大气延迟影响的目标,如何从SAR图像中自动识别出有效的永久散射体是PS干涉系统中关键的环节之一。文章从不确定性量化理论的角度考虑失效物理分析问题,利用失效物理分析方法研究PS影像特征与环境的关系,对多幅SAR图像进行独立分量分析(ICA)和小波包分解,然后考虑永久散射体的高信噪比特性,依据图像能量最大的原则获取分离后的稳定成分,并进行分割处理得到PS点的分布图。实验表明,该方法能够有效识别出可靠的PS点。     

Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计及测量精度分析

为解决传统干涉合成孔径雷达(SAR)系统只能顺轨干涉或交轨干涉,无法兼顾高精度高程测量和速度测量的问题,开展了Ka波段机载双模式干涉SAR系统设计与干涉测量精度分析。基于Ka波段电磁波波长短、干涉相位敏感度好的特点,利用较短的干涉基线在同一干涉SAR系统中实现高精度干涉测高与测速,并介绍了所设计的Ka波段机载双模式干涉SAR验证系统。仿真结果表明:该系统具备高效率、高精度干涉测量能力,可获得亚米级的绝对测高精度和0.1 m/s的测速精度。     

面向时序InSAR的卫星任务规划框架设计

随着国内自主雷达卫星和差分干涉合成孔径雷达技术(D-InSAR)及衍生的时序InSAR技术的发展,以时间序列上重复观测为主的长周期形变监测的应用与日俱增。对遥感卫星地面任务规划系统来说,规划和管理大量有时序关联的重复任务,从而最大限度地满足观测要求,是提升以形变监测为使命的雷达卫星运控效率的关键。在综合考虑雷达差分干涉任务序列性、一致性、周期性特征的基础上,设计了一种面向雷达卫星时序InSAR类型任务的规划框架,旨在规划序列任务时,考虑序列整体特性,进行序列任务组间的冲突检测。基于此方法,对现有的地面任务规划系统进行了优化升级,验证了框架的有效性。结果证明:该方法可快速、自动进行序列任务冲突消解,可为长周期序列任务的规划和管理提供设计参考。     

一种基于扩展卡尔曼滤波和最小均方准则的无控制点InSAR基线估计方法

基线误差是影响干涉合成孔径雷达（InSAR）测量高精度的主要误差源之一。因此,在进行数字高程图（DEM）高程反演的过程中,需要进行高精度的基线估计来提高DEM数据的精度。文章详细推导了InSAR系统的各项误差与测高精度的关系,得到了误差传播公式;然后提出了一种在扩展Kalman滤波的基础上,使用LMS最小均方误差准则的无控制点基线估计方法。该方法解决了在地面控制点获取困难的条件下,飞行平台与地面之间的相对高度未知的问题。最后,通过仿真实验验证了该方法的有效性：在相位误差、斜距误差、基线长度误差和倾角误差共同作用下,基线定标精度可达到0.1mm,满足0.5m相对高程精度对于基线估计的要求。     

基于SURE准则的参数自适应InSAR相位非局部滤波

干涉相位滤波是干涉合成孔径雷达(InSAR)处理中的关键步骤,然而传统滤波方法难以兼顾噪声抑制和细节保持的效果,故提出了一种改进的非局部滤波器。滤波参数由Stein无偏风险估计(SURE)准则自适应地选择,在有效降低InSAR相位噪声的同时,保留干涉条纹细节和城市建筑的边缘。通过在仿真数据和TanDEM-X实测数据上分别进行实验,并与传统滤波方法对比分析,验证所提出方法的有效性。     

轻小型SAR卫星平飞模式设计

对于轻小型合成孔径雷达(SAR)卫星在轨使用时对重点区域多目标观测效能提升的需求,提出轻小型SAR卫星平飞模式设计方法。介绍了卫星平飞模式设计方法,提出载荷平面相控阵天线距离维大角度扫描能力设计;针对区域多目标,提出条件触发方式目标决策策略,以及星上雷达工作参数计算策略;基于建立的目标决策和任务规划模型,分别针对卫星左侧视、在侧视、平飞、左右机动侧视等4种工作模式下进行多目标观测效能评估仿真分析。结果表明:相比于卫星斜飞模式下,平飞模式目标观测效能可提升至41%;相比于卫星左右机动侧视模式下,平飞模式目标观测效能可提升至73%。因此,设计的卫星平飞模式可有效提升面向区域多目标的观测效能。     

InSAR图像配准雷达几何法处理性能分析

图像配准是干涉合成孔径雷达(InSAR)信号处理的关键步骤。基于雷达几何的InSAR图像配准方法。利用主辅雷达成像几何和外部数字高程模型(DEM)进行主辅SAR图像配准。基于SAR图像距离多普勒定位方程,系统梳理了配准处理精度的影响因素,对各误差因素的作用机理进行了理论分析,并综合分析了该算法对重复航过和单次航过InSAR系统图像的配准处理性能。仿真结果验证了理论分析方法的有效性。分析结果对我国InSAR地面系统建设和相关卫星指标论证具有重要的支撑作用。     

基于深度学习的SAR图像质量提升方法研究

提升合成孔径雷达(SAR)图像质量以增强其可判读性,一直是SAR图像处理中的关键问题。近年来,深度学习在光学图像处理中取得显著的成功,并逐步应用到SAR图像质量提升领域。对深度学习在SAR图像质量提升中的关键应用进行综述,对深度学习在SAR图像质量提升中采用的典型网络进行了介绍,并从SAR图像旁瓣抑制、超分辨(SR)处理和图像融合3个方面对深度学习的应用进行阐述。最后,分析与探讨了基于深度学习的SAR图像质量提升中的关键问题及进一步研究方向。     

基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像

为克服传统雷达面临的带宽瓶颈,提升其分辨率,利用微波光子倍频与混频技术对宽带雷达信号进行处理,构建宽带雷达,成功实现了实时高分辨雷达成像。构建的微波光子雷达样机带宽高达12 GHz,实现逆合成孔径雷达成像的二维分辨率优于2 cm×2 cm,成像速率高达100帧/s。在该雷达架构基础上构建了多输入多输出微波光子雷达,在相同的相参累积时间内,能进一步提高雷达成像的方位向分辨率。研究结果表明:微波光子技术是突破传统雷达频率与带宽限制的有效手段,有望在未来实时高分辨雷达探测与成像中发挥重要作用。     

基于稀疏空间谱估计的星载SAR DBF算法

针对星载合成孔径雷达(SAR)系统利用俯仰向数字波束形成(DBF)技术接收场景回波时受地形的影响,会出现波束指向偏差的问题,提出了基于稀疏空间谱估计的星载SAR数字波束形成方法。该方法将目标场景高程估计问题转换为波达方向估计问题,考虑到回波信号的稀疏性,进而等效为稀疏空间谱估计问题,然后利用凸优化方法求解得到目标波达方向。最后,仿真实验验证了该方法的有效性,结果表明该方法可以降低传统自适应方法受小样本和低信噪比影响的限制,实现复杂地形下的正确波束指向,保证回波信号的接收增益。     

基于深度学习算法的极化合成孔径雷达通用分类器设计

地物分类是PolSAR(极化合成孔径雷达)的重要应用方向。传统算法需要基于特定数据人工选取特征和设计分类器,而深度学习算法能够自行从海量数据中提取层次化特征。在深度学习算法总结的基础上,结合深度学习和PolSAR大数据,提出了一种高效率、高精度的通用分类器设计方法。使用人工标记的数据训练CNN(深度卷积网络),自动化地进行特征学习和提取,并实现高精度的地物自动分类。在具有不同分辨率的机载和星载PolSAR数据上对通用分类器进行测试,都能快速、准确地分类。研究成果可快速将PolSAR数据转译为更直观的地物分类结果,对海量数据,特别是GF-3卫星PolSAR图像的利用有一定的辅助价值。     

合成孔径雷达射频干扰抑制技术进展及展望

射频干扰(RFI)是影响合成孔径雷达精确遥感的一个难点问题,严重阻碍了原始回波的采集、成像和后续解译过程。本文对适用于合成孔径雷达系统的RFI抑制技术进行了综述研究。首先分析了典型的星载和地面RFI源以及其对合成孔径雷达系统的影响,给出了典型RFI类型的信号模型和实测数据示例;然后系统地介绍了抑制RFI的先进信号处理技术,并从适用性的角度讨论了每种方法的优缺点;最后从认知、综合和自适应的角度探讨了未来干扰抑制技术的发展趋势与展望。     

基于子孔径处理的大斜视SAR点目标仿真

机载合成孔径雷达(SAR)平台无法在长合成孔径时间内保持理想匀速直线运动,运动参数变化较大。利用全孔径算法进行成像处理,难以高效地生成聚焦良好的图像。针对这些问题,本文通过在回波信号方位向划分子孔径,分段处理,从而得到聚焦良好的图像。为增强适用性,子孔径处理时采用大斜视角下的距离多普勒(RD)算法,同时与传统正侧视及小斜视RD算法比较。经仿真验证:无论在大斜视情况下还是在有运动误差的情况下,本文算法都能使点目标良好聚焦,点散布函数的分布显示旁瓣均低于-20 dB,满足工程使用要求,说明了算法的有效性。     

一种基于时间调制的弹性化SAR卫星系统

星载合成孔径雷达(SAR)系统能全天时、全天候观测,在地震、洪涝、台风等自然灾害监测中具有重要作用。双基、多基SAR卫星更具有极高的经济、科学、安全价值。然而,目前在轨的大型星载SAR卫星造价昂贵,且双基SAR卫星需数颗同等规模的卫星。双基SAR卫星系统存在星间同步链路,因此卫星可扩展性不强。提出了一种基于时间调制的低成本弹性化Ka波段调频连续波(FMCW)SAR小卫星星座系统。该系统基于一组独立、模块化的发射卫星和接收卫星。采用Ka FMCW SAR体制和时间调制天线(TMA)技术,可减轻接收星2/3以上的质量。该系统采用自主任务规划技术,具备多样化的工作模式,为单发多收、多发多收等应用需求提供了一种弹性化的解决方案。