基于多脉冲联合估计的SAR相位误差自聚焦算法

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)是相干成像系统,所以接收信号相位的正确性决定了SAR图像的聚焦质量。利用自聚焦算法对SAR图像进行相位误差函数的估计及补偿是获得高分辨率,高质量SAR图像的关键步骤之一。其中,相位梯度自聚焦(phase gradient autofocus, PGA)算法运算量适中且鲁棒性好,被广泛应用于SAR自聚焦中。然而,PGA算法基于相位误差梯度值进行加权平均估计,相位差分的过程会引起噪声的积累,因此该算法对原SAR图像在方位数据域的信噪比要求较高。针对PGA算法存在问题,提出了基于多脉冲联合估计的相位误差自聚焦(phase error autofocus, PEA)算法。该算法采用了PGA算法的处理结构,并基于相位误差直接进行加权平均估计,可以在较低信噪比条件下正确实现SAR图像的自聚焦处理。仿真实验以及实测数据处理结果对比均表明,PEA算法可以获得优于PGA算法的自聚焦性能,且实际算法执行时间更短,更有利于算法实时处理。     

一种改进的ISAR运动补偿方法

本文针对ＩＳＡＲ外场实验数据,提出一套改进的运动补偿方法。首先用回波动态范围压缩的积累互相关方法进行补偿,再用相位梯度自聚焦算法进一步提高相位对准的精度。用这种方法对实验ＩＳＡＲ外场数据进行处理,得到了高质量的成像结果。     

基于SPGA算法的低频超宽带 SAR运动补偿方法

对已经初步聚焦的低频超宽带(ultra wideband, UWB)合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像进行基于图像域的相位误差补偿,可进一步提高图像聚焦质量。依据UWB SAR运动误差模型,提出了基于条带式相位梯度自聚焦（strip phase gradient autofocus, SPGA）算法的相位误差补偿方法。该方法有效地补偿大合成孔径、宽测绘带低频UWB SAR图像中的二维空变相位误差。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。     

基于扩展距离像序列的ISAR成像相位补偿方法

逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar, ISAR）相位补偿算法对成像结果具有重要影响。首先从ISAR成像原理出发推导了相位误差产生原因,针对多普勒中心跟踪法,分析了横向交叉项对多普勒中心的影响,采用CLEAN算法分离了距离单元内强散射中心簇,构建了扩展距离像序列,提出了基于扩展距离像序列的相位补偿方法,有效地减小了横向交叉项对多普勒中心的影响,提高了相位误差估计精度。成像结果表明,该方法能够较好地补偿ISAR成像中的相位误差,噪声环境下优于其他方法。     

基于近似观测和最小熵约束的SAR稀疏自聚焦方法

当采样率较低以及重建散射点数量较多时, 基于两步优化的稀疏自聚焦方法收敛速度较慢且容易陷入误差较大的局部最优解, 导致自聚焦失败。针对此问题，提出了一种基于近似观测和最小熵约束的稀疏自聚焦方法。首先, 为解决测量矩阵规模大、内存占用高的问题, 构建了一种基于近似观测的稀疏自聚焦模型, 在聚焦图像的傅里叶变换域引入误差相位。然后, 在采用最大似然估计器估计误差相位时增加了最小熵约束, 同时采用相位梯度自聚焦法提供误差相位的初始解, 有效降低了迭代次数并使迭代结果更接近全局最优解。机载合成孔径雷达的实测数据成像结果表明, 与常规自聚焦方法相比, 所提方法具有更快的收敛速度和更稳定的自聚焦性能。     

包络相位联合自聚焦高分辨SAR运动补偿

提出了一种包络相位联合自聚焦运动补偿算法,解决了机载高分辨合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像过程中复杂的运动误差问题。该方法不但可以实现对高阶运动误差的估计,而且可以同时补偿包络和相位误差。通过对运动误差进行归一化多项式拟合建立关于运动误差多项式系数的最小熵优化方程,同时利用阻尼牛顿法对其进行求解,实现高效精确的多项式系数估计。另外,设计了交替联合自聚焦算法,以实现对较大运动误差的精确估计。最后,应用实测机载聚束SAR数据验证该方法的有效性和优越性。     

基于切比雪夫拟合的BP自聚焦算法

为了解决传统后向投影(back-projection, BP)算法中, 成像清晰度受硬件限制、复杂运动难以算法修正的问题, 提出了一种基于信号分析, 采用切比雪夫拟合的聚焦处理方法。考虑到非线性运动下的BP成像带有大距离变化产生的算法处理误差, 导航器件补偿参数难以修正, 该算法以信号回波数据为基础, 采用改进的自动聚焦算法来修正距离误差带来的成像干扰, 可在雷达系统内高效实现。分析了BP成像算法的误差和自聚焦算法, 将原始BP成像图像与经自动聚焦处理的图像进行比较, 检验算法的性能。仿真结果表明, 抛物线轨迹下的改进BP自动聚焦算法处理后的图像效果优于未处理图像。     

机载P波段UWB SAR高效成像方法研究

针对机载P波段超宽带合成孔径雷达高效成像问题,改进了距离-多普勒算法。不仅能补偿高阶相位,而且通过chirp-z变换完成距离迁移校正,避免了经典RD算法的插值运算,所以是一种高效的高分辨成像算法。分析了如何划分子测绘带以便分别处理,以抑制高阶相位误差的影响。实际机载数据的处理结果证明了算法的有效性。     

一种基于量子粒子群算法的SAR图像自聚焦方法

为了准确补偿合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)回波数据中的相位误差,研究了一种实用的SAR图像自聚焦算法。该方法以量子粒子群算法(QPSO,Quantum-behaved Particle Swarm Optimization)为基础,利用最小熵准则作为评判标准,通过多维搜索完成相位误差校正。同传统的自聚焦方法相比,该方法具有较好的鲁棒性和收敛速度快的特点,对低频和高频相位误差都有非常好的补偿能力。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于压缩感知的条带SAR缺失数据恢复成像方法

针对条带模式合成孔径雷达回波缺失数据,提出了一种利用压缩感知恢复缺失数据并成像的方法。将条带数据分块为多个子孔径数据,对子孔径利用压缩感知恢复缺失数据并拼接得到条带数据,缩短了整个数据的恢复时间,推导了压缩感知处理的基矩阵和测量矩阵。运用最大似然估计的特征向量方法(eigenvector method for maximum- likelihood estimation, EMMLE)实现了子孔径缺失数据的自聚焦,满足了压缩感知对图像的稀疏要求。利用压缩感知恢复完整的相位误差信号,解决了子孔径补偿相位误差数据的拼接问题。最后通过对恢复的雷达回波数据成像并自聚焦校正了距离徙动,得到了聚焦良好的完整图像,提高了缺失数据的成像质量。     

海杂波对ISAR成像的影响

针对逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)对舰船成像时实际回波中存在海杂波的现象,提出了不同参数下海杂波对ISAR成像影响的分析方法.在利用球不变随机过程(spherically invariant random process,SIRP)方法仿真出时空相关的二维K分布海杂波后,将其以一定信杂比(signal-to-clutter ratio,SCR)加入到目标回波信号中仿真出实际回波信号,利用图像熵和相关系数方法分析了海杂波形状参数的大小对ISAR像聚焦的影响;利用多普勒扩展方法分析了海杂波多普勒频移参数对ISAR多普勒频谱的影响;利用互相关法分析了不同SCR下海杂波空间相关对ISAR运动补偿的影响.仿真实验证明了分析结果的有效性.     

New method of time-frequency representation for ISAR imaging of ship targets

Inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging of ship targets is very important in the national defense. For the high maneuverability of ship targets, the Doppler frequency shift of the received signal is time-varying, which will degrade the ISAR image quality for the traditional range-Doppler (RD) algorithm. In this paper, the received signal in a range bin is characterized as the multi-component polynomial phase signal (PPS) after the motion compensation, and a new approach of time-frequency representation, generalized polynomial Wigner-Ville distribution (GPWVD), is proposed for the azimuth focusing. The GPWVD is based on the exponential matched-phase (EMP) principle. Compared with the conventional polynomial Wigner-Ville distribution (PWVD), the EMP principle transfers the non-integer lag coefficients of the PWVD to the position of the exponential of the signal, and the interpolation can be avoided completely. For the GPWVD, the cross-terms between multi-component signals can be reduced by decomposing the GPWVD into the convolution of Wigner-Ville distribution (WVD) and the spectrum of phase adjust functions. The GPWVD is used in the ISAR imaging of ship targets, and the high quality instantaneous ISAR images can be obtained. Simulation results and measurement data demonstrate the effectiveness of the proposed new method.     

多基站ISAR成像模型与运动参数估计

针对单站逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar, ISAR）成像中难以准确获得目标散射点方位向尺度和运动参数的问题,建立了平面匀加速度运动目标的多基站ISAR目标成像模型,给出了目标成像和运动参数估计算法,分析了多基站ISAR成像约束。目标散射点的坐标由距离向投影方程组求解得到,基于方位向多普勒方程组通过搜索算法最小化目标函数实现目标的固有转速和目标相对于平动补偿后各基站视向量变化的转速的分离,得到目标的位置和目标运动参数的准确估计。仿真实验验证了多基站ISAR平面成像模型和运动参数估计方法。     

基于卷积ADMM网络的高效结构化稀疏ISAR成像方法

结构化稀疏逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像是空间态势感知与目标识别的重要手段。该问题可通过压缩感知(compressive sensing, CS)方法解决。目前, 许多传统CS方法仍存在运算效率低、参数适应性不强等问题。针对该问题, 本文提出了一种基于卷积交替方向乘子法网络(convolutional alternating direction method of multipliers network, C-ADMMN)的结构化稀疏ISAR成像方法。利用深度展开方法, 结合传统结构化稀疏ISAR成像模型, 构建C-ADMMN网络。通过监督学习, C-ADMMN仅需约10层网络便可达到传统方法上百次迭代的效果, 具有较高的运算效率且对不同目标具有一定适应性。基于仿真与实测数据的实验结果验证了网络的高效性与参数适应性。     

基于波形评价准则和遗传算法的ISAR谱拼接方法

阐述了基于距离多普勒算法的线性调频信号体制逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像原理和间断信号相位补偿原理,在此基础上,针对ISAR谱图特性提出了一种利用波形评价准则和遗传算法进行相位近似补偿的谱图拼接处理方法,并进一步利用拼接后的谱图实现最终的ISAR成像。仿真实验结果表明,该谱图拼接方法简单易行,且可以明显改善ISAR成像效果,具有一定的实用性。     

散射区域加权压缩感知ISAR成像

压缩感知(compressive sensing,CS)理论为少量脉冲条件下实现高分辨逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像提供了新方法。然而由于CS的噪声敏感性,其成像易受到噪声污染;另外,少量脉冲条件下很难保证噪声参数估计精度,这进一步加剧了ISAR成像污染。针对这一问题,提出一种散射区域加权CS ISAR成像算法,利用目标散射区域信息对冗余字典中的基函数进行加权,修正CS重建算法以抑制噪声散斑。为提高噪声参数估计精度,对回波采样建立子序列矩阵,提出矩阵扰动理论噪声参数估计方法。实验结果表明,所提方法能够有效抑制噪声影响,提高低信噪比和少量脉冲条件下ISAR成像质量。     

基于吕氏分布的机动目标参数化平动补偿方法

在逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,IS A R)成像过程中,目标为规避雷达照射通常会进行机动,导致回波包络产生剧烈弯曲,同时加剧回波相位变化的复杂性,大大提升了平动补偿的难度.为了实现对机动目标回波进行准确稳定的平动补偿,提出一种基于吕氏分布(Lv's distribu...     

一种联合极化的距离瞬时多普勒ISAR成像方法

在传统的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像中,基于Clean技术的距离瞬时多普勒ISAR成像能够有效地提取散射点中心,因此得到了广泛应用。相比于传统ISAR,极化逆合成孔径雷达(polarimetric inverse synthetic aperture radar, Pol ISAR)能够提供更丰富的信息。本文研究了一种联合极化的距离瞬时多普勒ISAR成像技术,该方法能够对多个极化通道进行联合距离瞬时多普勒成像处理,更准确地提取强散射点信息,减少目标数据量,使各极化通道信息得到有效的融合,同时也能进一步减弱噪声的影响,避免大量虚假点的产生。仿真数据验证了本文方法的有效性。