高分辨力机载毫米波FM-CW SAR的研发

紧凑的FM—CW（调频-连续波）雷达技术和高分辨力SAR（合成孔径雷达）处理技术的结合将为体积小、重量轻且性价比高的成像雷达的发展铺平道路。然而，在空中观察地球表面这一领域中，将SAR用于FM—CW雷达是比较新颖的。通信传输和雷达国际研究中心（IRCTR）启动了一项关于FM—CW SAR的可行性研究。在该研究项目框架中，开发并测试了一种完全运转的机载FM—CW SAR验证系统。文中综述了地面测试的情况。此外，2004年6月在柏林附近的Strausberg机场进行了一次非常成功的空中试验。本文将介绍这些机载试验的初步结果。     

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。     

双/多基地SAR成像研究进展与趋势及其关键技术

对国内外双/多基地合成孔径雷达(SAR)研究进展、趋势及其关键技术进行了综述。简述了双/多基地SAR成像的特点和研究意义,介绍了双基地SAR研究的进展:国外已通过地面、机载试验和在轨卫星等途径验证了双基地SAR成像在慢速目标检测、干涉测量和前视成像等领域的优势;国内对成像、同步等开展了针对性的试验,并获得了成像结果,但还处于有限的理论研究和试验分析阶段。归纳了双/多基地SAR成像技术理论体系不断完善、发展分支不断交叉、体系化和天空地一体化发展的趋势。针对双/多基地SAR成像的不同点,认为构型设计、同步技术、实时成像算法和体系化网络构建是双/多基地SAR成像的关键技术。建议在航天技术逐渐成熟的大背景下,以技术的发展趋势为导向,积极开展双/多基SAR关键技术研究,拓展双/多基地SAR系统的发展空间,使其优势真正走向实用化。     

进攻型机载合成孔径雷达技术

机载合成孔径雷达（SAR）具有机动灵活、全天候、远距离、高分辨力成像的特点，除广泛用于民用遥感和军事侦察之外，目前在对地对海实施攻击的进攻型的轰炸机、战斗机和无人机上得到重要的应用，特别是在精确制导方面起到关键的作用。进攻型机载合成孔径雷达技术具有前斜视、实时、变焦成像等特点。文中还以美国轰炸机、战斗机与无人机SAR为例作了阐述。     

机载SAR径向运动补偿的研究

运动补偿是实现高分辨率机载 SAR成像的关键问题之一。文中根据载机实际轨迹相对于理想轨迹的偏差 ,详细推导由运动误差所引入的相位误差的表达式 ,给出对机载 SAR径向运动偏差进行补偿的实现方法及对定位精度的要求 ,并进行仿真验证 ,取得较好的补偿效果     

机载双天线前视SAR系统成像分析

针对机载SAR前视模式与一般正侧视模式存在的明显不同,详细分析了前视SAR的多普勒特性及其方位模糊问题.依据前视SAR的特性,结合波束锐化与RD成像算法,仿真得到了前视SAR的点目标图像,验证了分析的正确性.     

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.     

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。     

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。     

对无人机载毫米波SAR的无源干扰分析

讨论了战场侦察用的无人机载毫米波SAR的性能特点,从毫米波SAR的探测概率和目标的后向散射系数出发,提出了对其进行无源干扰的手段,并给出了相应的效果分析。     

多路SAR高分辨率3-D成像

星载／机载合成孔径雷达(SAR)系统提供了高分辨率二维地形图像。本文提出一种组合多路SAR图像(在稍微偏离仰角方向的飞行航线上所得到的)来生成高分辨率三维图像的技术。可以把这项技术看作是干涉SAR(InSAR)的扩展，用这种技术能产生多维分辨率的地形图像。3-D多路SAR成像系统在仰角方向一般由相对比较短的模糊长度表征。为了使有关模糊度减至最小值，利用了一组图像内的相关相位信息来跟踪地面景物。然后，在以“主要”地形地面为中心的窄(仰角方向)体积范围内，采用非均匀DFT对SAR图像进行相干组合。本文详细介绍了该技术的基础理论，并提供了该技术可达到的分辨率和实验研究结果。     

机载聚束式SAR天线波束指向控制分析

建立波束控制条件下的机载聚束式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,提出设计机载聚束式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,验证理论分析的正确性。     

合成孔径雷达弹射式干扰增强方法

分析了弹射式干扰的信号特点和它对SAR图像的干扰效果,根据其特殊性,给出了一种弹射式干扰增强方法,分析了弹射式干扰增强的关键问题.以机载SAR为例进行了仿真实验,结果表明,通过干扰增强可改善对SAR的干扰效果,降低干扰功率需求.     

机载旁视SAR工程应用研究

以某型机载旁视SAR（合成孔径雷达）为例，对旁视SAR成像的信号处理方法和工作过程及采取的雷达空域稳定方法进行了描述。从成像处理和SAR总体设计的角度出发，给出了一些主要系统性能能数和雷达参数选择的方法。提出了工程应用的改进建议。     

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。     

用于机载SAR的宽带线性调频源设计

采用“DDS＋混频＋倍频”方式,设计研制一种带宽为1200MHz的线性调频信号源,用于机载SAR。该设计在DDS信号产生部分运用高频率的外部时钟方式,获得了更好的杂散和噪声特性。在混频倍频环节,使用高本振混频器进行混频,抑制带内杂散,使用带通滤波器抑制带外杂散,取得了较好的杂散。实测结果表明,该信号源满足机载SAR的要求。     

无人机机载合成孔径雷达的高速数据传输

无人机机载合成孔径雷达 (SAR)的高速数据传输问题是长期以来制约 SAR载荷应用的重要问题。文中通过对 SAR原始数据、SAR成像、SAR图像数据以及传输系统的研究 ,提出将 SAR成像过程分为两个阶段 ,在机上进行预滤波 ,在地面进行距离向压缩、方位向压缩等成像过程 ,实时传输经过预滤波和压缩后的数据。该方案在保证 SAR方位向和距离向分辨率及测绘带带宽的前提下 ,能够有效降低下传数据率 (具体值取决于预滤波率 ) ,同时不增加无人机的载荷 ,是一种可行的实时高速数据传输方案     

基于多DSP的机载SAR距离徙动校正实现方法

针对机载合成孔径雷达(SAR)数据量大、运算复杂、实时性能要求高等问题，提出了一种基于多片多核DSP并行的方式实现机载SAR距离徙动校正的方法。重点介绍实现过程中的片间及片内并行和同步处理、数据交互、数据分配，距离徙动校正的距离向脉冲压缩和惯导补偿，以及多普勒中心估计实现的具体步骤，利用点仿真和实测数据验证了该方法的有效性，并提出优化模块，进一步提高运算的实时性。     

SAR实时处理中方位向数据降采样的实现

在机载 SAR中 ,成像分辨率所要求的方位向带宽往往比脉冲重复频率要低得多。对 SAR数据方位向进行降采样可以在不损失成像分辨率的情况下大大降低成像数据量与运算量。配合使用子孔径算法效果更为显著。文中给出了利用此方法处理实际雷达数据的成像结果