调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法(英文)

本文提出了一种调频连续波SAR改进的频率尺度变换算法。调频连续波SAR在运动过程中持续不断地发射和接收信号,这种运动导致了回波信号的伸缩,对波前重建产生了严重的影响。推导了回波信号模型,给出了信号的距离-多普勒域表达式,分析了由于天线不断运动而导致的相位变化与方位向频率之间的关系。改进的频率尺度变换算法补偿了这种相位变化,实现了目标的精确成像,仿真结果表明了分析的正确性和算法的有效性。     

一种改进的FMCW SAR RD成像算法

FMCWSAR将调频连续波与合成孔径成像技术结合于一体,是一种新近被提出来的成像雷达体制,它以其体积小、重量轻、成本低、分辨率高等一系列优点,引起越来越多的关注。然而,在FMCWSAR系统中,雷达连续不断地发射信号,调制信号周期相对较长,停一走（STOP AND GO）近似不再成立,所以要用合适的算法来实现成像。针对FMCW SAR的特点,详细推导了停一走近似失效时FMCW SAR的信号模型及处理过程,提出了一种改进的RD算法。此方法是通过补偿连续运动引入的多普勒频移,消除连续运动的影响。     

一种提高距离分辨率的FMCW SAR RD成像算法

调频连续波合成孔径雷达（FMCW SAR）是一种新近提出来的成像雷达体制,它结合调频连续波与合成孔径成像技术,具有体积小、重量轻、成本低、分辨率高等一系列优点。从频谱的角度进行分析,FMCW SAR的距离分辨率取决于频率测量分辨率。文章研究了一种FMCW SAR高距离分辨率成像算法——利用FFT得到差频信号谱峰的粗略范围,再对这一范围进行ChirpZ变换,从而实现距离高精度估计,并且避免了大的计算量。仿真结果表明该方法的有效性。     

结合视线方向运动补偿的滑动聚束SAR子孔径成像算法

滑动聚束合成孔径雷达(SAR)是一种新兴的成像模式,既可以提高方位向分辨率又能够扩展成像范围。其数据处理时需要考虑两个关键问题:一是系统脉冲重复频率(PRF)不足,方位向信号发生混叠;二是合成孔径长度的增加使运动误差的影响更为突出,运动补偿(MOCO)精度要求提高。基于子孔径技术,提出了一种改进的高分辨率成像算法。划分子孔径克服了PRF不足的问题;子孔径数据处理采用结合视线(LOS)方向运动补偿的Omega-K算法,实现更高精度的运动补偿,提高了聚焦质量。最终的方位向分辨率达到0.1 m,具有实际工程应用价值。点目标仿真和实测数据处理验证了算法的有效性。     

调频连续波毫米波雷达信号处理软件分析

雷达在其发展前期,连续波雷达由于收发隔离等问题不易解决,应用受限制。但是随着技术的发展,这些问题得到改善,连续波雷达越来越受到人们的关注。文章针对现有调频连续波雷达平台,通过分析研究雷达平台,介绍信号处理软件的设计思路与系统结构,设计与开发了信号处理软件。在此基础上,对雷达功能设计实现进行分析,对软件各模式功能进行实验测试,验证了其功能实现及测量精度,并进一步研究调频连续波雷达毫米波雷达用于导弹近程制导的可行性,介绍了调频连续波毫米波雷达的性能,指出其用于末端制导的缺陷并给出改善方法。     

合成孔径雷达系统建模、仿真与信号处理初探

作为雷达技术发展历史中的里程碑,合成孔径雷达(SAR)通过使用空中合成天线阵列技术及先进的目标回波信号处理技术能够提供清晰的地球表面图像。由于它的这一突出特点,SAR已经成为许多飞行器的重要任务载荷并被广泛应用于军事及民用领域。从航空电子系统总体需求角度出发,为了深刻理解SAR系统的工作原理并得到更好的SAR图像产品,有必要对系统数学模型的建立、SAR回波信号的仿真以及信号处理算法进行深入的研究。本文试图从这三方面讨论SAR系统设计中的关键问题。     

基于数值计算的机载SAR空变运动补偿算法

针对机载合成孔径雷达(SAR)高分辨率宽测绘带(HRWS)成像问题,在分析结合两步运动误差补偿的距离徙动算法基础上,提出一种基于数值计算的空变运动误差补偿算法。通过对粗聚焦图像进行分块,在子块的两维波数域进行空变运动补偿,补偿的相位包括方位相位误差、距离相位误差以及方位和距离的耦合相位,因此该算法在复杂航迹、高分辨和宽测绘带情况下仍具有较好的鲁棒性。最后对SAR仿真数据和实测数据进行处理,并与结合两步运动误差补偿的距离徙动算法进行比较,处理结果表明该算法能够更好地补偿空变运动误差。     

一种基于盲同态解卷积的SAR成像自聚焦算法

针对大气扰动及飞行平台不稳引起机载合成孔径雷达(SAR)图像散焦的问题,提出了一种新的自聚焦算法来估算运动误差。该算法是基于运动误差函数及场景散射函数平滑特性的差异来进行估计的,利用复对数变换将图像的幅度与相位信息分离,进而分别对相位及幅度信息进行处理。运动误差通常为慢变函数,而场景的散射信息具有某种随机特性。因此,经过复对数变换后,运动误差及散射信息可以通过滤波器进行分离,将相位中的随机噪声去除,从而保留了慢变的运动误差函数。为了去除噪声信息,需要建立一个平滑滤波器,利用Daubechies小波的尺度函数构造Riesz基向量,从而建立了正交子空间,通过所建立信号子空间及噪声子空间组建平滑滤波器,最终可以获得准确的运动误差。在实验部分,分别利用仿真数据及实测数据对本文方法进行验证,最终结果分析表明该方法具有很高的估计精度及执行效率。     

An extended chirp scaling algorithm for spaceborne sliding spotlight synthetic aperture radar imaging

A system impulse response with low sidelobes is critical in synthetic aperture radar（SAR） images because sidelobes contribute to noise and interfere with nearby scatterers. However,the conventional tricks of sidelobe suppression are unable to be exactly applied to the case of spaceborne sliding spotlight SAR due to great azimuth shifts in both time and frequency domains. In this paper, an extended chirp scaling algorithm is presented for spaceborne sliding spotlight SAR data imaging. The proposed algorithm firstly uses the spectral analysis（SPECAN） technique to avoid the azimuth spectrum folding effect and then employs the chirp scaling（CS） algorithm to achieve data focusing, i.e., the so-called two-step approach. To suppress the sidelobe level, an efficient strategy for the azimuth spectral weighting which only involves matrix multiplications and short fast Fourier transformations（FFTs） is proposed, which is a post-process executed on the focused SAR image and particularly simple to be implemented. The SAR image processed by the proposed extended CS algorithm is very precise and perfectly phase-preserving. In the end, computer simulation results verify the analysis and confirm the validity of the proposed algorithm.     

星载SAR成象数字信号处理

 星载合成孔径雷达(SAR)飞行高度高,速度快、探测距离远、测绘带宽,运行轨道偏离理想圆形,因此获取SAR图象的数字信号处理技术十分复杂。本文从上述特点出发,讨论了星载SAR的目标回波信号数学模型,成象过程中方位处理的机理和方法,以及多视处理。     

Digital Beamforming on Receive: Techniques and Optimization Strategies for High-Resolution Wide-Swath SAR Imaging

Synthetic Aperture Radar (SAR) is a well-proven imaging technique for remote sensing of the Earth. However, conventional SAR systems are not capable of fulfilling the increasing demands for improved spatial resolution and wider swath coverage. To overcome these inherent limitations, several innovative techniques have been suggested which employ multiple receive-apertures to gather additional information along the synthetic aperture. These digital beamforming (DBF) on receive techniques are reviewed with particular emphasis on the multi-aperture signal processing in azimuth and a multi-aperture reconstruction algorithm is presented that allows for the unambiguous recovery of the Doppler spectrum. The impact of Doppler aliasing is investigated and an analytic expression for the residual azimuth ambiguities is derived. Further, the influence of the processing on the signal-to-noise ratio (SNR) is analyzed, resulting in a pulse repetition frequency (PRF) dependent factor describing the SNR scaling of the multi-aperture beamforming network. The focus is then turned to a complete high-resolution wide-swath SAR system design example which demonstrates the intricate connection between multi-aperture azimuth processing and the system architecture. In this regard, alternative processing approaches are compared with the multi-aperture reconstruction algorithm. In a next step, optimization strategies are discussed as pattern tapering, prebeamshaping-on-receive, and modified processing algorithms. In this context, the analytic expressions for both the residual ambiguities and the SNR scaling factor are generalized to cascaded beamforming networks. The suggested techniques can moreover be extended in many ways. Examples discussed are a combination with ScanSAR burst mode operation and the transfer to multistatic sparse array configurations.     

A new fourth-order processing algorithm for spaceborne SAR

A new fourth-order signal aperture radar (SAR) processing algorithm has been developed for a general satellite-Earth relative motion. The two-dimensional exact transfer function (ETF) is calculated and range-variant phase corrections have been calculated in order to process many azimuth lines per block. The ETF together with the phase corrections has been called the fourth-order EETF (extended ETF). It is also shown that a fourth-order EETF is necessary to process high quality images from spaceborne SAR with long integration times with spatial resolution around 1 m. The algorithm is fast and is anticipated to have good phase preservation properties     

基于CZT的机载并行双站斜视SAR成像算法

建立了机载并行双站斜视合成孔径雷达(SAR)的几何模型,给出了雷达回波的数学表达式,推导了它的二维频谱并对其特点做了分析。在二维频域内,先用聚焦函数对观测场景中心的点目标做精确成像,然后用Chirp-Z变换(CZT)校正中心点两侧目标回波的距离徙动,再通过方位向逆傅里叶变换得到了雷达图像。该算法利用了CZT能够处理非线性调频信号的特点,简化了处理过程,提高了计算效率和成像精度。仿真实验验证了这种基于CZT的新算法在处理并行双站斜视SAR数据时的有效性。     

用于SAR运动补偿的DGPS/SINS组合系统研究

使用考虑位置误差相关项的伪距率观测模型 ,研究了用于合成孔径雷达运动补偿的差分 GPS/ SINS伪距率组合系统。结果表明 ,组合系统的长期位置精度能达到 1 m左右。 GPS数据更新率低于 INS,在 GPS测量时间间隔内 ,组合系统的性能仅由 INS决定。虽然 INS误差随时间积累 ,在 GPS数据更新率为 1 s的情况下 ,即使采用中等精度的惯性仪表 ,其相对位置精度为厘米级 (这里相对位置精度指组合系统在 GPS测量时间间隔内位置误差的变化范围)。     

视频条件下SAR仿真

分析了合成孔径雷达信号处理过程,在视频条件下使用VC 6.0与SimuLink结合构建了机载合成孔径雷达仿真系统软件,采用RD算法实现了点目标成像仿真,与在中频条件下相比速度上具有显著的优势。     

聚束SAR扩展Chirp Scaling成像算法.

在合成孔径雷达（SAR Synthetic Aperture Radar)的成像算法中，Chrip Scaling成像算法具有计算效率高的优点，因此得到了较为广泛的应用。详细研究了子孔径扩展Chirp Scaling算法在高分辩率聚束模式SAR中的应用，包括子孔径划分和方位向处理问题，针对A.Moreira等1996年所提算法在处理聚束SAR数据时所产生的问题，给出了经过改进的适合于大斜视角处理的整个计算过程的完整表达式。在给出点目标仿真的同时，利用E-SAR实际数据对述方法进行了验证，结果对具体的兼容条带和聚束两种工作模式的SAR处理机设计具有一定的参考价值。     

基于多级维纳滤波的双基地MIMO雷达多目标定位方法

为了降低双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标定位过程中的计算复杂度,避免进行占主要计算量的协方差矩阵特征值分解或奇异值分解和二维空间谱的峰值搜索,将多级维纳滤波(MSWF)应用于双基地MIMO雷达多目标定位的研究中。利用MSWF的前向递推原理,得到信号子空间;然后利用ESPRIT算法估计发射角(DOD)和接收角(DOA),且DOD和DOA自动配对,实现了多目标交叉定位。分析了本文算法和ESPRIT算法的计算复杂度,并通过仿真实验及性能分析验证本文算法的有效性。理论分析和实验结果表明:本文算法在保证二维方位角估计性能的基础上,显著地降低了计算复杂度,缩短了运算时间,更加符合MIMO雷达信号实时处理的要求。     

Sum-difference Reduced-dimensional Processing in SAR Image Domain and Statistical Analysis for Ground Moving Target Indication

In this article, a new reduced-dimensional adaptive processing algorithm based on joint pixels sum-difference data for clutter rejection is proposed. The sum-difference data are obtained by orthogonal projection of the joint pixels data of different synthetic aperture radar (SAR) images generated by a multi-satellite radar system. In the sense of statistical expectation, the sum-differ- ence data contain the common and different information of the SAR images. Therefore, the objective of clutter cancellation can be achieved by adaptive processing. Moreover, based on the residual image after clutter rejection, statistical analysis of constant false-alarm rate (CFAR) detection of moving targets is also presented. Simulation results demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed algorithm even with heterogeneous clutter and image co-registration error.     

基于杂波对消-自聚焦的多通道SAR-GMTI

对超高频(UHF)波段多通道合成孔径雷达(SAR)动目标检测技术进行研究,解决了长相干积累时间导致动目标在方位向散焦严重的问题。采用分块自聚焦技术对多通道SAR地面移动目标指示(GMTI)系统自适应杂波抑制后的SAR图像进行处理,改善杂波抑制后的SAR图像中动目标的聚焦情况,增强动目标与周围剩余杂波的对比度,进而提高恒虚警率(CFAR)检测的性能。与传统杂波抑制后直接进行CFAR检测方法相比较,该方法降低了检测虚警概率。实测数据处理结果显示动目标的信杂比明显提高,动目标方位向聚焦成功,证明了该方法的有效性。     

弹载合成孔径雷达自适应重频分析与设计

弹载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)的目标距离、视线角由于高速逼近目标而快速变化,这导致传统的固定脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency,PRF)(简称重频)波形难以兼顾弹载SAR雷达在成像各方面的约束条件,故需要根据当前弹体运动和弹目关系变化情况实时计算重频。详细分析了影响重频选择的各项因素,包括避免距离模糊、方位模糊、高度杂波、发射遮挡影响及SAR成像分辨率、系统相参性要求等影响因素,并设计了自适应重频计算的工作流程。某SAR雷达系统实验表明,该设计能够在实际飞行弹道条件下根据实际弹目关系自适应调整脉冲重复频率,从而更好地实现SAR雷达系统的工作性能,有效解决了固定重频波形不能适应弹载SAR工作条件的难题。