折射对地表穿透合成孔径雷达成像影响定量分析

分辨率和空间位置定位精度是合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）图像的重要参数。传统成像模型是建立在同一均匀媒质的假设上，而地表穿透合成孔径雷达（Gmund PENetration SAR，GPEN SAR）为了探测掩埋在地下的目标，通常工作在多层媒质的环境中，传统模型不再适合。文章首先建立了分区均匀媒质中的成像模型，在此模型基础上，推导了两层媒质时后向投影算法的积累轨迹误差。然后利用实际与理论方位分辨率之比、积分旁瓣比和定位偏差定量分析了两层媒质表面的折射效应对成像质量和定位精度的影响，为校正土壤折射对成像的影响提供有益参考。     

平面分层媒质中目标的TAM-BP成像算法

表层穿透雷达(Surface Penetrating Radar,简称SPR)可对公路、墙体等层状媒质中的目标,如钢筋、管道、电缆等进行探测和定位,是一种有效的无损探测工具。为得到这些目标的位置和散射强度,对雷达记录剖面进行高精度成像处理是必须的。基于"延迟-累加"运算的时域反向投影(Back Projection,简称BP)成像算法可对均匀媒质中的点目标进行二维精确成像,但不适用于分层有耗媒质。本文通过分析电磁波在平面多层媒质中的传播特性,导出了平面多层媒质中目标的时延-幅度修正BP(Time-delay and Amplitude Modified BP,简称TAM-BP)成像算法并给出了详细的处理流程。通过对仿真数据和实测SPR数据的处理,结果显示该算法可以对平面多层媒质中的点目标进行高分辨成像。     

机载下视圆周SAR三维BP成像

结合机载下视三维SAR和曲线合成孔径雷达(CSAR),提出了一种下视圆周SAR的三维成像结构。在此结构下推导回波信号模型,发现回波信号中切航向和沿航向存在二维耦合项,使得传统的RD算法、CS算法、距离徙动算法等受限。后向投影算法(BP算法)通过二维场景搜索,避免了回波模型中耦合项的影响。文中分析了圆周SAR三维BP成像的机理,并给出了整个成像过程的流程图。仿真结果表明,圆周SAR能够精确地还原场景目标的三维信息,从而验证了此种结构的可行性和理论分析的正确性。     

基于BP和CS相结合的圆周SAR三维成像算法

与传统的直线SAR相比,圆周SAR(CSAR)具有对场景进行三维成像的能力,但对于一般的目标,其有效孔径只是一定角度的圆弧而非完整圆周孔径,使得圆周SAR只能获得航迹向和斜距向的高分辨率,影响了其三维成像能力,所以现在通常采用沿着不同高度角进行多次观测的多航过圆周SAR模式来实现三维成像。针对多航过圆周SAR由于多航过稀疏并且非均匀采样而严重影响成像质量的问题,提出一种将BP算法和压缩传感算法(CS)结合的三维成像算法。该算法先利用BP算法实现每一次航过数据的二维成像,再利用压缩传感算法进行高度向聚焦,来改善高度向的聚焦质量,最后将实测数据成像结果和传统的三维BP算法的结果进行比较,证明该算法可以有效地抑制旁瓣,得到超分辨的三维成像结果。     

基于快速后向投影的超宽带冰雷达数据成像算法

该文提出一种新的冰雷达成像算法,该算法可以在获得高分辨率冰下剖面图的同时,拥有较高的处理效率.该算法是一种基于快速后向投影的超宽带(UWB)冰雷达成像方法,其修正了多层媒质情况下的雷达与目标之间的距离,以及因多层媒质造成的距离徙动几何变化.该文分析了算法的原理,给出了算法实现的具体步骤,并将其应用于点目标仿真和航空冰雷...     

层析SAR技术研究进展

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)通过将三维场景投影到距离-方位平面获取场景二维成像信息,但由此导致的叠掩问题影响图像解译。层析合成孔径雷达(Tomographic Synthetic Aperture Radar, TomoSAR)利用同一场景的多次航过数据在高程向合成孔径,获取目标三维成像结果,能够从根本上解决叠掩问题。本文从层析SAR信号模型出发,描述了不同维度下的层析SAR成像算法,系统地总结了应用于层析SAR研究的各机载和星载系统,阐述了层析SAR在城区、森林和冰川等场景下的应用,对于城区建筑物信息提取、森林参数信息提取和冰川结构参数提取中面临的主要问题和现有解决策略进行了详细的分析。最后,总结本文内容并展望层析SAR技术的发展前景。     

圆周扫描地基SAR频域三维成像算法

圆周扫描地基SAR(GBCSAR)是一种具备三维成像能力的地基SAR系统,其运动轨迹特殊,给三维成像带来难度。后向投影(BP)算法适用于该系统成像,但其计算量巨大,难以实现实时成像。应用于机载圆迹SAR成像的频域算法由于机载圆迹SAR与GBCSAR系统在成像模型和信号模型上都存在差异,因此无法应用于GBCSAR。因此,本文提出了一种针对GBCSAR的频域三维成像算法。本文在GBCSAR系统模型的基础上,推导信号由斜距平面转换到成像平面的解析表达,在频域进行匹配滤波,实现信号的聚焦。之后对本算法的适用条件进行讨论。最终经过仿真实验,本文提出的算法得以验证,并对本文算法与BP算法的成像质量和成像效率进行对比,证明本文提出的频域成像算法可以实现高效成像。      

基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)能够突破天线孔径对分辨率的限制,因而得到了广泛应用. 本文提出了一种基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像方法,通过设计合适的成像几何构型,利用涡旋电磁波的相位特性实现对高度维的分辨,并推导得到高度维分辨率与模式数及雷达参数之间的关系. 考虑到回波信号中引入的涡旋相位项,对后向投影算法进行改进,实现对观测区域的三维成像,并引入稀疏重构算法减少对模式数的需求. 仿真结果表明,利用多模式聚合型涡旋电磁波束能够对分布在不同高度的目标进行准确重构,利用稀疏重构算法能够用少数模式实现高分辨三维成像. 本文提出的方法为新体制雷达成像研究提供了一定的参考.     

多基站ISAR三维非平稳转动转台目标成像

在多基站ISAR三维转动转台目标成像模型的基础上给出了多基站ISAR三维非平稳转动目标转台成像算法.基于Wigner-Ville时频分析方法,通过建立在多基站ISAR三维转动转台目标成像模型基础上的距离向投影方程组和方位向多普勒方程组的联合求解,获得了三维非平稳转动转台目标散射点位置和运动参数的估计,同时对系统的成像约束进行了分析.仿真实验验证了多基站ISAR三维非平稳转动转台目标的成像.     

分析圆柱油罐目标合成孔径雷达图像的新方法

该文提出了一种针对油罐目标的合成孔径雷达(SAR)图像的分析方法。该方法根据圆柱油罐具有圆型边缘和圆柱型外形的几何特点,利用物理光学法(Physical Optics,PO)和增量绕射长度(Incremental Length DiffractionCoefficients,ILDC)理论建立了油罐目标的散射模型,并基于该模型推导了圆柱油罐的散射中心分布特征,同时引入投影映射算法(Mapping and Projection Algorithm,MPA)建立了成像模型,有效利用了单一视角的散射数据进行SAR图像模拟,仿真结果与实际SAR图像散射特征吻合,验证了方法的有效性。同时,利用45组实测数据得到了SAR图像散射中心的特征,并根据建立的散射模型和成像模型,分析和总结了油罐目标SAR图像的主要散射特征,为SAR图像中基于油罐目标的识别领域提供了理论依据。     

一种基于二维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法

互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。      

基于空间变迹滤波旁瓣抑制与有序统计恒虚警率的舰船检测算法

由于合成孔径雷达(SAR)特殊的成像机制,导致了SAR图像上出现了旁瓣效应(SVA)。针对舰船目标检测过程中,旁瓣效应改变了强反射目标的形状导致的定位困难与定位错误问题,该文提出了一种基于空间变迹滤波与有序统计恒虚警率(OS-CFAR)的舰船检测算法。该算法将空间变迹滤波算法运用到复图像数据中,针对目标检测要求的实时性问题进行算法改进,通过全局CFAR只对潜在目标点进行旁瓣抑制而忽略对舰船检测无意义的大量背景点,在抑制旁瓣的同时减少了算法运算量。然后采用非线性的OS-CAFR算法对旁瓣抑制后的图像进行目标检测,并且采用形态学膨胀运算,弥补SVA算法可能造成的像素点幅值错误降低的问题。最后利用高分三号(GF-3)的实测数据进行验证,通过对比有无使用该文算法的结果的图像对比度与检查目标个数,体现了算法的有效性。      

穿墙SAR成像中的墙体参数误差分析和估计

穿墙合成孔径雷达(SAR)成像中,图像的质量和可靠性由墙体参数决定。墙体参数估计误差会造成图像散焦和目标位置的偏移。分析了墙体参数估计误差对成像的影响,提出采用乘积型高阶模糊度函数(Product High-order Ambiguity Function, PHAF)算法来估计墙体参数的新方法。仿真结果表明,该方法能获得聚焦的SAR图像和较准确的墙体参数估计值。     

机载SAR大斜视角成像算法及其性能分析

文章研究了机载合成孔径雷达(SAR)在大斜视角下的成像算法,并分析了算法的成像性能。根据大斜视角SAR成像的空间几何模型和回波信号特点,提出了RD算法的改进方案。对改进的RD算法和ECS算法的仿真表明,其成像性能满足了大斜视角下机载SAR成像处理的要求。     

宽测绘带星载环视扫描SAR成像方案研究

环视扫描合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）可以实现广域观测,但测绘带宽受到最小天线面积的限制,对此提出了一种宽测绘带星载环视扫描SAR成像方案。该方案引入了ScanSAR的波束扫描思想,在雷达天线作圆锥扫描的同时,由近及远地对多个距离子带进行分时扫描。给出了天线在这种扫描方式下的驻留时间分配准则,分析了成像参数间的依赖关系。基于子孔径成像、几何失真校正和图像拼接的一系列成像算法对该宽测绘带方案进行了点目标和面目标仿真实验,结果表明在保证成像质量的前提下,测绘带宽能得到显著的增加。     

Reconnaissance with slant plane circular SAR imaging

This paper presents a method for imaging from the slant plane data collected by a synthetic aperture radar (SAR) over the full rotation or a partial segment of a circular flight path. A Fourier analysis for the Green's function of the imaging system is provided. This analysis is the basis of an inversion for slant plane circular SAR data. The reconstruction algorithm and resolution for this SAR system are outlined. It is shown that the slant plane circular SAR, unlike the slant plane linear SAR, has the capability to extract three-dimensional imaging information of a target scene. The merits of the algorithm are demonstrated via a simulated target whose ultra wideband foliage penetrating (FOPEN) or ground penetrating (GPEN) ultrahigh frequency (UHF) radar signature varies with the radar's aspect angle.     

典型线面目标合成孔径雷达参数化成像

在复杂场景(特别是城区场景)合成孔径雷达(SAR)遥感成像中,存在大量线、面目标,如城区中的道路和建筑物边缘等目标,这些线面目标微波散射信号方向性强。传统SAR从单一视角获取场景的散射信息,且传统成像算法均基于点目标模型,使得传统SAR图像中线面目标主要特征表现为一系列的强散射点,而非线散射特征和面散射特征,最终造成SAR图像中目标不连续,SAR图像解译困难。因此,该文通过建立典型线段、三角面元目标的参数化回波模型,对线面目标SAR成像机理进行了深入细致的研究;并基于提出的参数化模型对线面目标进行参数化成像,即首先基于贝叶斯理论和所提的参数化模型对典型的线面目标进行分类判决,随后采用再成像的方式获得有效表征线、面目标散射特征的SAR图像,为线、面目标SAR图像解译提供有效支撑。最后,数值仿真实验成功验证了所提算法的有效性和正确性。      

一种合成孔径雷达对地面运动目标成像和精确定位的算法

该文针对正侧视合成孔径雷达工作体制下运动目标成像、定位问题进行研究。分析了运动目标成像与静止目标成像的异同。提出利用距离历程拟合,结合静物场景成像的部分已知信息(地面道路或者桥梁的方向),准确估计t=0时刻目标的坐标和两维速度,不仅为运动目标精确成像提供了信息,同时得到目标运动轨迹相对地面场景的准确位置。该文提出的方法对于目标在照射孔径内的位置没有特殊假设(以往研究的时频分析方法需要假设目标在t=0时刻位于载机的正侧方向)。最后定量分析了不同形式匹配滤波器对运动目标回波成像的效果以及采用静止目标匹配滤波器对运动目标回波进行成像处理而产生的移位和散焦影响.     

基于目标CSAR回波模型的SAR自动目标识别算法

基于模板的SAR目标识别需要存储海量的目标模板,给识别系统的设计和算法效率的提高都造成了严重的困难,而基于模型的方法克服了上述问题,并已成为下一代目标识别算法研究的热点。该文提出的基于圆周SAR(CSAR)回波模型的识别算法,从目标的3维CAD模型出发,利用弹射线原理构建目标的CSAR回波,并通过在线实时预测目标聚束SAR图像来完成识别。同传统的基于散射中心模型的算法相比,利用CSAR回波的算法不仅预测结果准确,而且算法简单高效。仿真实验验证了算法的有效性,并比较了相关算法的优缺点。     

一种改进的机载前斜视SAR二次距离压缩成像算法

该文基于斜视距离模型,直接推导了适用于大斜视合成孔径雷达(SAR)成像的二次距离压缩(SRC)算法,在此基础上提出了一种改进的机载前斜视SAR的SRC成像算法。通过补偿距离频率的三次相位项,有效改善了大斜视SAR成像距离压缩旁瓣非对称畸变的问题,通过补偿波束前视引入的平动相位项,解决了图像位置在方位向发生偏移的问题。给出了实现步骤和算法流程,对比了不同斜视角情况下算法改进前后的成像效果。仿真表明,该算法能有效改善大斜视SAR的成像质量,适合于大斜视机载SAR成像。