采用参数谱估计方法的超分辨率SAR成像

讨论了采用改进的参数谱估计算法的超分辨率合成孔径雷达（ＳＡＲ）图像形成，参数谱估计方法是在参数数据模型的基础上设计的，同时用于估计模型参数，由于在ＳＡＲ的应用中经常利用ＳＡＲ图像而不同模型参数，因此我们采用依靠参数方法获得的参数估值来模拟大维数的数据短阵，然后对它们采用快速傅里叶变换（ＦＦＴ）以产生具有超分辨率的ＳＡＲ图像，采用ＭＳＴＡＲ和Ｍｉｃｈｉｇａｎ环境研究所（ＥＲＩＭ）数据的实验例子说明，和常规的ＦＦＴ方法相比，鲁棒的频谱估计算法能产生更高分辨率的ＳＡＲ图像，并能增强显著的目标特征。     

基于星载平台的SAR实时成像处理实现方法

针对高分辨率星载SAR星上实时成像处理的工程化技术问题,提出了一种优化的实现方法。通过对成像算法流程的优化设计和计算公式的重新推导,实现了高效率的相位补偿因子计算。在此基础上,提出了一种分析和优化计算精度的方法,在保证效率的前提下提高了相位计算精度。在某型实时信号处理样机上,基于改进CS算法,实现了5米分辨率的星载SAR实时成像处理,对16384×16384原始数据的处理时间优于28秒,图像质量满足技术指标要求。     

基于时空二维信号处理的SAR运动目标成像

基于时空二维信号处理，本文利用阵列天线回波的时空等效性，提出了一种合成孔径雷达运动目标成像的新方法。该方法相对于单天线ＳＡＲ系统能够更有效地检测和成像径向速度分量很小的运动目标，解决了盲速问题，实现了慢速运动目标的高分辨力成像。计算机模拟表明了算法的有效性。     

基于MFT的非匀速转动目标干涉ISAR三维成像方法

非匀速转动目标各距离单元内的回波信号为多分量的多项式相位信号,采用傅里叶变换进行横向压缩得到的目标ISAR像会发生散焦,从而影响干涉ISAR三维成像质量。针对非匀速转动目标,提出了一种基于匹配傅里叶变换的InISAR三维成像方法。该方法对各天线接收回波的每个距离单元采用匹配傅里叶变换得到聚焦的目标ISAR像,进而得到散射点不同接收天线间的干涉相位,最后从干涉相位求解散射点三维位置重构目标的三维图像。由于非匀速转动目标多项式相位信号的相位系数之间的比值只与目标转动参数有关,因此该方法只需估计某一个散射点对应回波的多项式相位系数就可构造所有匹配傅里叶变换的积分路径,而且适用于任意阶的非匀速转动目标。仿真表明了该方法的有效性。     

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。     

基于真实场景的SAR回波模拟方法研究

SAR原始回波模拟在系统设计及成像算法验证等方面具有重要的理论及工程实践意义。文中在分析并建立合成孔径雷达回波信号数学模型的基础上,研究一种基于真实场景的SAR回波模拟方法。该方法利用SAR真实场景图像的灰度信息近似求得场景后向散射系数,根据雷达脉冲工作流程生成回波数据,具有实现简单、计算量小、回波模拟结果精确等优点。通过点目标、面目标和真实场景回波的仿真实验,从回波数据的统计特性以及图像级角度验证了其可行性。     

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。     

船只目标三维转动对SAR成像影响的定量分析

在分析船只三维转动（横滚、俯仰、偏航）对合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像质量的影响方面,现有文献只考虑了仅存在一维转动时的影响,未考虑三维转动同时存在时对SAR成像质量的影响。另外,现有文献主要基于船只转动对船只散射点瞬时多普勒频率的影响进行分析,并未真正与对SAR图像质量的影响关联起来。本文推导了适用于船只存在三种一维转动、同时存在三维转动时的SAR图像二维时域表达式,以及散射点方位向坐标的表达式。在上述表达式的基础上,通过分析船只上的散射点在SAR图像中的偏移情况,扩展到分析船只整体在SAR图像中的形变情况;通过分析一维转动对SAR成像的影响,扩展到分析三维转动同时存在时对SAR成像的影响。研究表明：船只三维转动引入了包络误差和相位误差,导致SAR图像中散射点模糊并在方位向偏移,且不同散射点的偏移量不同,从而使船只形状发生畸变。仿真结果验证了所推导表达式的准确性及理论分析的正确性。     

基于分数傅立叶变换的SAR成像算法研究

当距离徙动较小时,合成孔径雷达(SAR)回波信号在方位向和距离向都可以转化为调频信号,据此提出一种基于分数傅立叶变换(FRFT)的SAR成像算法,通过距离向和方位向的特定阶次的FRFT,在两个方向上把回波信号同时近似地压缩为脉冲函数。理论分析和仿真数据结果表明,该算法计算简单快速,只需两次FRFT即在分数傅立叶域可以有效成像,并且成像精度优于传统的Chirp Scaling算法。     

基于通用计算机平台的星载合成孔径雷达成像处理系统

针对通用微型计算机平台的特点，基于面向对象的设计思想，结合工程化的要求，进行了星载合成孔径雷达(SAR)成像处理系统的方案设计和软件实现。该系统能够完成针对真实星载SAR数据的辅助数据处理、轨道参数估计、多普勒参数估计、成像处理、成像结果显示以及产品数据打包等一系列任务，实现从星载SAR回波数据到1级产品数据的处理流程。同时，该系统具有功能完整、精度高、有较强通用性、稳定性、易用性的优点。通过实际运行、测试，证明设计合理、性能稳定。     

一种基于压缩感知的高分辨率宽测绘带合成孔径雷达成像算法

针对高分辨率宽测绘带合成孔径雷达（High Resolution Wide Swath Synthetic Aperture Radar, HRWS SAR）在俯仰向波束形成受地面目标高程影响造成增益损失以及在方位向非均匀采样造成模糊的问题,文中提出了一种基于压缩感知（Compressed Sensing, CS）技术的HRWS SAR成像算法。根据SAR系统和平台参数建立精确的观测模型后,通过求解优化问题直接准确地估计出了在地面高程变化影响下的目标来波方向（Direction of Arrival, DOA）并重建了非均匀采样下的方位向观测场景,从而实现了HRWS SAR在俯仰向和方位向的非模糊成像。仿真结果表明了本文算法的有效性。     

基于压缩感知的多基地无源雷达成像算法

由于成像场景可稀疏表示（场景中仅有少数强散射点）,针对外辐射源信号波长长,带宽窄的特点,本文提出了基于压缩感知的多发单收无源雷达成像算法,该算法由符合图像统计特性的先验信息构造合理的傅里叶基矩阵,利用lp范数法将带约束条件强散射点增强问题转换为最优化问题,并通过迭代算法快速获得最优解。实验仿真结果表明小转角情况下,本文算法无需充足站点数目,并且能获得较好成像效果。
     

基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法

合成孔径激光雷达是一种主动式有源激光成像雷达,它具有远高于微波合成孔径雷达的成像分辨率,能够实现对远距离目标的精细成像。由于激光信号的带宽极大,普通的硬件设备难以满足奈奎斯特采样定理的要求。提出一种基于压缩感知理论的合成孔径激光雷达成像算法,该方法利用光外差方法探测回波信号,在此基础上通过对外差信号进行随机采样提取信号中的有效信息,使用正交匹配追踪算法实现对目标高分辨距离像图像的重构,最后结合频率变标算法得到目标的高分辨二维图像。仿真结果表明运用新算法对合成孔径激光雷达的回波信号进行采样,能使用远低于奈奎斯特定理所规定的采样率完成信号采样,并有效压低信号旁瓣,实现对目标的超高分辨成像。
     

一种聚束SAR回波数据压缩成像方法

针对聚束合成孔径雷达(SAR)成像中的海量数据问题,提出了一种基于压缩感知的聚束SAR回波数据压缩成像方法。首先对回波信号进行分析,利用波前匹配字典构造方法得到回波观测矩阵,其次通过构造二维离散余弦变换(2D\|DCT)等效矩阵得到回波信号的稀疏变换矩阵,然后利用平滑L0算法重构得到观测场景的二维像。本文方法可以在采集远小于传统聚束SAR成像方法所需回波数据量的基础上实现准确成像,最后的仿真结果表明了方法的可行性和有效性。     

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。     

空间失稳目标线阵成像畸变分析与三维重建

针对线阵扫描型激光雷达在非合作失稳航天器三维模型重建过程中,存在运动目标线扫数据畸变且目标因失稳导致运动特性难以准确估计问题,提出一种带畸变自修正式三维重建方法,并进行畸变容忍度临界值分析。该方法基于测量系统的角精度与测距精度设计畸变容忍度临界值判定条件,首先根据实际工况与判定条件进行比对,判定是否对线扫数据进行初始畸变恢复;其次,对相邻扫描带畸变点云依次进行配准获取目标运动增量、解算目标瞬时运动参数;然后对目标运动参数进行自修正式处理,去除特征突变点干扰;同时依次恢复点云到初始几何位置,完成初始目标三维重建;最后,通过系统进一步迭代,位姿增量自收敛直至最终满足重建精度要求。仿真结果表明,该方法在缺失非合作目标先验信息的情况下,能够有效避免因线扫描导致的畸变问题,并较为快速地实现满足精度要求的目标三维重建,有较强的鲁棒性。     

方位向非均匀采样对多通道天线星载SAR成像性能的影响

方位向周期性非均匀采样是多通道天线星载SAR系统设计时需要考虑的一个重要因素。针对多通道天线星载SAR系统中存在的方位向周期性非均匀采样对成像性能的影响进行了分析。在建立多通道天线星载SAR回波信号模型的基础上,根据成对回波理论和匹配滤波原理推导了由方位向周期性非均匀采样所造成的虚假目标位置与强度的计算公式,并结合成像处理过程分析了二维成像处理算法对虚假目标的影响,给出了二维成像处理后所得到的虚假目标强度计算公式。最后,通过计算机仿真验证推导与分析的正确性。     

基于属性散射中心模型的SAR超分辨成像算法

基于属性散射中心模型,提出一种稳健而快速的SAR超分辨成像算法,在超分辨的同时能够考虑到目标的整体结构。首先利用改进的正交匹配追踪算法（OMP）对简化的属性散射中心模型进行参数估计,然后基于估计的模型参数在信号重构时进行二维频谱外推实现SAR超分辨成像。该算法具有较高的运算效率,相对于传统基于点散射模型超分辨算法,能够有效解决部件不连续的问题,并且初始指向角的利用可以取得良好的聚焦效果。仿真实验验证了该算法的优越性。     

三重混合范数的L型嵌套阵列二维角度估计

针对L型嵌套阵列二维角度估计问题,提出一种三重混合范数块稀疏重构算法。首先,建立一种俯仰角和方位角可分离的二维稀疏测向模型,将两个维度采样点分块,分别计算联合协方差矩阵,二维角度估计问题被转化为联合协方差矩阵稀疏优化问题;为减小计算复杂度,建立三重混合范数块稀疏重构模型,利用交叉迭代的方法得到稀疏解,实现了二维角度估计,并且可以自动配对。仿真试验表明,三重混合范数稀疏重构算法能够有效估计多个辐射源的二维角度,分辨率较高,并且具有一定的鲁棒性。与传统算法相比,在低信噪比和小快拍数的条件下,均优于传统二维角度估计算法。     

基于压缩感知的高分辨DOA估计

研究基于压缩感知的多目标DOA估计问题.利用空间目标空域的稀疏性,提出一种新的DOA压缩感知模型,其感知矩阵满足约束等容(RIP)条件.提出一种基于奇异值分解的多测量矢量欠定系统正则化聚焦求解(SVD-RMFOCUSS)算法.该算法在一定程度上克服了压缩感知重构算法无法用于低信噪比情况缺陷,且具有较低的运算复杂度.计算机仿真表明该算法性能优于传统DOA估计算法,能够对任意相关性的信号进行有效DOA估计,具有更高的角度分辨力及估计精度.