基于波束优化赋形方法的斜视星载SAR模糊抑制研究

距离模糊和方位模糊会严重影响星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的成像质量。现有的利用天线波束赋形来抑制模糊的方法在雷达正侧视成像时取得了优异的效果,但并不适用于雷达斜视的情况。针对这一问题,提出了一种基于平面阵列天线波束赋形的星载SAR二维模糊（距离和方位模糊）抑制方法。使用距离-方位模糊综合的模糊比（Ambiguity to Signal Ratio,ASR）指标来替代距离模糊比及方位模糊比,结合对不同斜视情形下天线波束变化的分析,充分考虑包含镜像模糊区在内的所有模糊区,建立了模糊比-天线权重优化模型。以模糊能量为目标函数、天线方向图掩模作为约束确立二次锥（Quadratic Cone Programming,QCP）优化问题,求解得到阵元幅度相位分布。仿真结果表明,所提方法可以通过调节模糊区对应的旁瓣幅值,灵活地抑制SAR斜视成像的距离和方位模糊,进而提高星载SAR的成像质量。     

机载混合模式SAR波束指向控制对图像质量的影响

针对机载混合模式SAR系统,该文给出了步进式波束控制下雷达波束对地面点目标照射强度的数学模型;通过分析方位向回波压缩信号,结合数学推导,提出波束控制对图像质量的影响主要体现在:波束指向被控时间导致出现无穷多对成对回波;混合度造成的主瓣展宽导致方位向分辨率下降;混合度造成的旁瓣压低导致成对回波对图像质量影响加大;混合度和波束指向被控时间相互作用使成对回波存在畸变。并利用计算机仿真验证了论证分析的正确性。最后对机载混合模式SAR波控方案的制定提出了建议。     

高分辨率宽测绘带Scan SAR压缩感知成像算法研究

高方位向分辨率和宽测绘带对合成孔径雷达（Synthesis Aperture Radar, SAR）系统设计提出了矛盾的要求。为获得高分辨率宽测绘带地面图像,提出了一种基于扫描模式SAR（Scan SAR）及压缩感知（Compressive Sensing, CS）理论的解决方法。Scan SAR可获得宽测绘带,然而各子测绘带方位向照射不完整,导致了低的方位向成像精度。所提出的方法首先对子测绘带数据进行方位向补零,并完成距离压缩和距离徙动校正;在方位向有效数据行中进行随机取样构成新的数据矩阵;根据取样指标集构建合理的重建矩阵,通过ROMP算法重建出完整的方位向点目标位置信息;通过子测绘带图像拼接,即可获得高分辨率宽测绘带地面图像。仿真结果表明了所提出方法的有效性。      

一种提升汽车雷达方位角分辨率的成像处理方法

针对汽车雷达方位角分辨率受方位向天线长度限制的问题,该文提出一种基于多波束实孔径雷达图像融合来提升汽车雷达方位角分辨率的成像方法。该方法首先利用相控阵天线波束电扫描来获取前视实孔径雷达图像,然后根据汽车雷达成像几何关系通过多张多角度实孔径雷达图像相参累加来提升雷达方位角分辨率。计算机仿真结果验证了该方法在提升汽车雷达方位角分辨率的有效性。     

Mapping performance of curved-path SAR

Synthetic aperture radar (SAR) mapping is usually performed along a straight path. Curved paths away from the target area will increase the mapping rate significantly. Drawbacks are more complex signal processing and decreased azimuth resolution due to the reduced dwell time. In this paper, curved SAR mapping is analyzed in more detail, including squinted beam geometry. Relationships are derived how the SAR resolution and mapping rate are influenced by the curved SAR path. The nonlinear phase error, which defocuses the SAR image, is more accentuated than for straight-line SAR, in particular at squinted observation angles. Simulation examples show how the nonlinear phase error depends on side acceleration and mapping geometry after scene center motion compensation.     

Simulation of ocean waves imaging by an along-track interferometricsynthetic aperture radar

A two-dimensional (2D) model for describing the imaging of ocean waves by an along-track interferometric synthetic aperture radar (AT-INSAR) is derived. It includes the modulation of the normalized radar cross section by the long waves, velocity bunching, and azimuthal image smear due to orbital acceleration associated with long waves and due to the orbital velocity spread within the AT-INSAR resolution cell (parameterized by the scene coherence time). By applying the Monte-Carlo method, AT-INSAR amplitude and phase image spectra are calculated for different sea states and radar configurations. The Monte-Carlo simulations show that velocity bunching affects the AT-INSAR imaging mechanism of ocean waves, and that a unimodal ocean wave spectrum may be mapped into a bimodal AT-INSAR phase image spectrum due to an interference between the velocity term and the velocity bunching term in the AT-INSAR imaging model. It is shown that the AT-INSAR imaging mechanism of ocean waves depends on the ratio of the scene coherence time and the time separation between the observations by the two antennas. If this ratio is larger than one, the AT-INSAR phase image spectra are distorted. Furthermore, the simulations show that the AT-INSAR phase image spectrum is quite insensitive to the ocean wave-radar modulation transfer function. Comparing AT-INSAR with conventional SAR imaging of ocean waves, the authors find that the azimuthal cut-off in AT-INSAR phase image spectra is shifted toward higher wavenumbers than in conventional SAR image spectra. This implies that AT-INSAR can resolve shorter azimuthal wavenumbers than conventional SAR. Thus the authors conclude that AT-INSAR phase images are better suited for measuring ocean waves spectra than conventional SAR images     

基于非均匀采样的小卫星多通道SAR无模糊成像

当小卫星天线不满足最小天线面积约束时,则出现距离或者方位模糊,无模糊的高分辨成像是小卫星SAR成像处理的关键.本文提出利用分布式小卫星或者小卫星天线的多通道回波数据,在满足广义采样定理的条件下通过插值恢复出无模糊的全方位带宽信号,实现高分辨成像.实验证明,该算法具有操作简单,运算效率高的优点.     

基于回波的多子带SAR系统载频误差补偿方法研究

为了提高SAR系统的分辨率,在距离向可以通过发射一系列不同载频的窄带信号,通过信号处理的方法实现带宽合成,进而得到等效大带宽信号对应的分辨率。为有效实现带宽合成,要求不同子带回波的载频步进值严格已知,这在某些实际应用环境中,并不能总是满足,因而需要从回波数据中直接估计步进值。该文提出一种基于子带回波数据的载频误差估计与补偿方法。该方法基于压缩后子带回波数据多普勒相位与载频的关系,对子带图像进行干涉处理,提取差分相位,并利用差分相位沿方位向的冗余进行相干积累,获得以实际载频步进值为振荡频率的单频信号,进而通过频谱分析方法得到误差频率,并对子带间相位误差进行补偿。通过该方法,能够实现子带信号的相干合成,提升了SAR数据成像质量。实验数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

机载雷达前视探测方位超分辨算法

机载雷达前视探测在民用与军用领域都具有广泛应用,例如跑道障碍物探测、低空飞行、自主着陆、导弹制导等。由于探测区域方位向多普勒带宽几乎为零,不满足DBS与SAR技术处理的条件,因此方位分辨率由天线波束3dB宽度决定。针对雷达前视探测方位低分辨率问题,本文提出一种基于改进雷达信号模型的统计优化超分辨算法。算法同时利用泊松与高斯噪声的分布先验信息进行数学建模,选择贝叶斯最大似然准则对超分辨反问题正则化,通过近似迭代求解实现雷达方位向超分辨。仿真与实测数据结果表明,与当前算法相比较,该算法进一步降低了噪声敏感性,有效抑制虚假目标产生,对于提高波束主瓣内目标分辨能力具有实际应用意义。      

DBF相控阵天线在超高分辨率机载SAR中的应用

该文从叠加原理和相控阵天线的扫描原理出发,提出了一种灵活方便的波束生成方法。用此方法由微带贴片天线单元组成了145cm48cm的天线阵,生成了波长为24cm,方位向半功率波束宽度为23的宽波束。由合成孔径原理可知,条带SAR的方位分辨率随波束宽度的变宽而提高。该文将宽波束天线用于超高方位分辨率机载SAR,计算了天线的性能指标和SAR的系统参数。比较了条带SAR和Spotlight SAR这两种常见的SAR模式的分辨率和测绘范围。     

L波段雷达电离层高速运动目标ISAR成像补偿方法

目标高速运动和电离层效应都会对低频段宽带线性调频雷达信号的相位产生调制现象,进而降低逆合成孔径雷达(ISAR)成像分辨率。为得到清晰的目标ISAR图像,需有效消除这两者对目标回波的影响。该文首先建立电离层高速运动目标回波的信号模型,再根据目标回波为高阶多项式相位信号的特点,提出基于离散多项式变换的高阶相位估计算法,利用高阶相位估计值进行回波信号相位调制分量补偿,实现ISAR成像的自聚焦。仿真实验表明,该算法可以准确估计回波信号高阶相位参数,提高ISAR成像质量。     

基于24 GHz FMCW 雷达的二维近场成像系统

为进行隐藏危险金属制品的安检,文中提出了一种24 GHz 低成本毫米波成像系统。该系统采用低成 本24 GHz 商用调频连续波(FMCW)雷达作为扫描源,在方位角和仰角上合成大孔径,使用二维十字扫描平台,经 FMCW 雷达信号处理以及合成孔径雷达(SAR)处理使隐藏物体成像。低成本的射频外设只提供了一路中频实信号 供ADC 采样量化,在图像重建中,文中提出将单路ADC 采样量化后的中频数字信号通过希尔伯特变换成复信号,对 复信号加布莱克曼窗优化频谱,再对信号序列补零以减小频域栅栏效应,后采用空间匹配滤波器补偿相位偏差,通 过FMCW 雷达近场成像原理对目标成像。改进后的算法适用于低成本的雷达前端系统,只需一路ADC 采集的中频 数字信号即可使成像系统达到理论的合成孔径成像分辨率。     

利用频谱合成实现分布式SAR高分辨力成像

该文主要研究了利用频谱合成实现分布式SAR高分辨力成像的方法。在分布式SAR系统中,不同卫星对同一地域观测时,其距离向频谱及方位向频谱均具有一定的相对频谱偏移。利用该频谱偏移进行频谱合成形成较宽的距离向频谱及方位向频谱,从而提高系统的距离向分辨力及方位向分辨力。在频谱合成过程中可首先利用INSAR技术估计出多幅图像的相位差,再利用该相位差进行相位校正、图像合成即可形成具有较高分辨率的图像。该文对这一方法进行了理论分析,并给出了仿真结果。     

多模式斜视多通道SAR成像方法

方位多通道技术是当前合成孔径雷达（SAR）系统主流的高分宽幅实现方式。而将方位多通道技术与斜视波束扫描（聚束、滑动聚束、TOPS）工作模式相结合可以实现灵活的更高分辨率或者更宽幅宽的遥感观测。然而由于斜视以及波束扫描会使得回波信号的多普勒带宽远大于通道数与脉冲重复频率（PRF）的乘积,使得传统的多通道成像方法失效。为了解决上述问题,本文提出一种基于方位去斜加方位重采样的多模式斜视多通道SAR成像方法,该方法通过对各个通道信号分别进行方位去斜以及对去斜、线性距离走动校正（LRWC）后的信号进行方位重采样来解决方位时变的问题,使得传统的多通道成像方法可以使用。理论分析与实验结果均验证了该方法可以处理多模式的斜视多通道SAR数据,并且得到聚焦良好的图像。     

天线阵列编码合成孔径成像

合成孔径雷达(SAR)方位理论分辨率为天线长度的二分之一,使得SAR高分辨率、远距离成像对天线的要求相互矛盾。该文提出了对天线阵列编码的合成孔径成像方法,通过将长天线分解为子阵、发射不同的信号进行阵列编码、协同工作,提高空间能量利用率,实现子阵小天线的高分辨率以及全阵列长天线的高增益,从而解决了高分辨率与远距离成像难以同时兼顾的问题。在介绍阵列编码基本概念的基础上,给出了阵列编码雷达成像模型及处理流程,对系统的分辨率、信噪比、脉冲重复频率(PRF)及距离方位模糊等性能进行了理论分析与探讨。在飞行测试实验中,用4个子阵获取了方位分辨率优于0.1 m、幅宽超过8 km的连续条带图像,打破了传统SAR采用聚束模式实现高分辨率时只能小范围成像的制约,新方法为解决传统SAR的原理限制问题提供了有效的途径。同时,通过阵列编码扩展了信号维度,为雷达系统能力的增强提供了技术基础。理论分析及实验结果验证了该文天线阵列编码方法的显著优势及工程实现的可行性。     

Multibeam synthetic aperture radar for global oceanography

A single-frequency multibeam synthetic aperture radar concept for large swath imaging desired for global oceanography is evaluated. Each beam illuminates a separate range and azimuth interval, and images for different beams may be separated on the basis of the Doppler spectrum of the beams or their spatial azimuth separation in the image plane of the radar processor. The azimuth resolution of the radar system is selected so that the Doppler spectrum of each beam does not interfere with the Doppler foldover due to the finite pulse repetition frequency of the radar system.     

Suppressing the azimuth ambiguities in synthetic aperture radarimages

A method for removing the azimuth ambiguities from synthetic aperture radar (SAR) images is proposed. The basic idea is to generate a two-dimensional reference function for SAR processing which provides, in addition to the matched filtering for the unaliased part of the received signal, the deconvolution of the azimuth ambiguities. This approach corresponds to an ideal filter concept, where an ideal impulse response function is obtained even in the presence of several phase and amplitude errors. Modeling the sampled azimuth signal shows that the absolute phase value of the ambiguities cannot easily be determined due to their undersampling. The concept of the ideal filter is then extended to accommodate the undefined phase of the ambiguities and also the fading of the azimuth signal. Raw data from the E-SAR system have been used to verify the improvement in image quality obtained by the new method. It has a substantial advantage in enabling the pulse-repetition frequency (PRF) constraints in the SAR system design to be relaxed and also for improving SAR image quality and interpretation     

应用DBS技术在SAR/GMTI模式下高分辨率成像

多普勒波束锐化成像技术(DBS)能为检测出的动目标定位提供参考，从而有效地实现精确打击。DBS技术在弹道导航、地形匹配等许多方面有着广泛的应用。首先简述了DBS成像方法的一般工作原理，经分析得出结论：DBS成像在SAR，GMTI模式下应用时，如果引入聚焦型的SAR处理方法．即通过去距离单元走动、去方位向调频斜率等方法可有效提高雷达成像质量。最后利用雷达实测数据进行处理．得出了较满意的高分辨DBS成像结果。     

测算SAR图像中动目标运动参数

文中将动目标的运动分为距离和方位向运动。搜索SAR图像中动目标的二次相位误差可检测到动目标，根据二次相位误差校正量可测算动目标方位向速度；将动目标聚焦后的图像在频域分为两部分后分别成像，若两图像亮度接近，则频域分界点的频率近似为动目标信号的多普勒质心，据此可测算出目标距离向速度。实测数据表明该算法有效。     

A Two-Dimensional Bandwidth Extrapolation Technique for Polarimetric Synthetic Aperture Radar Images

The resolution of a synthetic aperture radar (SAR) image, in range and azimuth, is determined by the transmitted bandwidth and the synthetic aperture length, respectively. Various superresolution techniques for improving resolution have been proposed, and we have proposed an algorithm that we call polarimetric bandwidth extrapolation (PBWE). To apply PBWE to a radar image, one needs to first apply PBWE in the range direction and then in the azimuth direction, or vice versa . In this paper, PBWE is further extended to the 2-D case. This extended case (2D-PBWE) utilizes a 2-D polarimetric linear prediction model and expands the spatial frequency bandwidth in range and azimuth directions simultaneously. The performance of the 2D-PBWE is shown through a simulated radar image and a real polarimetric SAR image