基于低秩结构的宽角SAR稀疏成像

在合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像中,当方位向合成孔径较大时,观测区域内目标的电磁特征会表现为各向异性,导致基于各向同性假设的传统SAR成像方法不再适用。为此,宽角SAR成像方法通过将宽孔径划分为多个子孔径,利用每个子孔径对应的回波数据单独成像,实现对目标雷达图像的多角度重构。由于目标的散射特性在相邻子孔径中通常不会发生较大改变,每个子孔径的强散射中心分布高度相似,使得宽角SAR的成像结果具有低秩结构,即相邻子孔径对应的目标成像结果的支撑集相近。为了使用这种相关性,将Karhunen Loeve （KL）变换引入到宽角SAR成像过程中,再利用目标强散射中心分布的稀疏特性,建立基于低秩结构的宽角SAR稀疏成像模型。采用增广拉格朗日法（Augmented Lagrangian,AL）和交替方向乘子（Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM）对上述成像模型进行迭代求解,从而获得宽角SAR成像结果。相比于传统的宽角SAR成像方法,本文所述方法不仅能提高目标后向散射系数的重建精度,还能有效抑制旁瓣效应与信号噪声对成像质量的影响,对目标电磁特征的多角度恢复具有更好的效果。      

结合MD自聚焦算法与回波模拟算子的快速稀疏微波成像误差补偿算法

稀疏微波成像是将稀疏信号处理理论引入微波成像中,利用系统的稀疏约束突破传统合成孔径雷达(SAR)成像中系统复杂度的瓶颈,是微波成像的新理论、新体制和新方法。在传统的机载SAR成像中都会面临非理想运动带来的回波相位误差问题,可通过基于回波数据的自聚焦算法加以解决;但在机载稀疏微波成像中,因稀疏微波成像采用稀疏重建算法取代了传统SAR中基于匹配滤波的信号处理方法,传统的基于回波数据的自聚焦算法难以直接应用。现有基于稀疏重建的自聚焦算法主要基于两步迭代方法,收敛速度慢、运算量大。该文以基于回波模拟算子的快速稀疏微波成像算法为基础,将子孔径相关(MD)自聚焦算法引入,与之结合构建了新的MD-回波模拟算子自聚焦算法。该方法继承了基于回波模拟算子算法快速重建的优势,并利用MD自聚焦算法实现了回波2次相位误差的正确补偿,与现有基于两步迭代的稀疏微波成像自聚焦算法相比,收敛速度快,并可以实现较好的自聚焦效果。      

一种机载SAR层析三维成像算法

针对机载平台难以同时满足多基线SAR层析3维成像所要求的短基线及大孔径问题,本文提出一种基于稀疏信号表示的机载SAR层析3维成像算法。首先基于高频率SAR目标的多散射中心假设,将目标在第3维成像方向上建模为稀疏分布模型,进而根据观测系统几何及信号频率特征构建了冗余字典,从而实现了成像问题到稀疏信号表示问题的转化,并最终通过求解以稀疏性度量函数为正则项的不适定方程获得成像结果。通过仿真实例的成像结果阐述了算法参数对成像的影响,并通过对SAR层析3维成像的仿真结果证明了算法的有效性。     

基于复数信息传递的结构稀疏宽角合成孔径雷达成像算法

传统相关处理算法不能完全解决宽角合成孔径雷达(WASAR)成像中目标的散射特性随观测角度变化的问题。稀疏信号处理为该问题提供一种新思路,各向异性问题可以建模成欠定方程组。随角度增大,未知量的规模以观测孔径数目的线性规模增长,导致成功重建难度增大,甚至是重建失败。该文提出一种基于信息传递原理的宽角合成孔径雷达成像方法。根据宽角合成孔径雷达的观测几何及目标散射特性在不同角度之间存在的相关性,建立基于结构稀疏的成像模型;然后利用信息传递原理,提出基于结构稀疏复数信息传递(GCAMP)的成像算法求解该成像模型。仿真结果验证了该方法的有效性。     

多任务协同优化学习高分辨SAR稀疏自聚焦成像算法

针对传统高分辨合成孔径雷达(SAR)稀疏自聚焦成像算法难以有效平衡稀疏与聚焦特征的问题,该文提出一种基于交替方向多乘子方法(ADMM)的多任务协同优化学习稀疏自聚焦(MtL-SA)算法.该算法通过引入熵范数表征SAR成像结果聚焦特征,在ADMM优化框架下,利用近端算法求解聚焦特征解析解.针对原熵范数正则优化目标函数的非凸问题,该文合理设计代价函数,从而保证熵范数近端算子的闭合解析解.同时,应用e1范数表征成像结果稀疏特征,并建立面向复数SAR成像数据的复数软阈值近端算子.该文所提MtL-SA成像算法可实现对目标场景后向散射场对应稀疏特征和聚焦特征的解析求解,并有效提升自聚焦算法的可靠性和稳健性.两种特征增强处理相互调和,保证了算法运行过程中有效降低误差传播,进而保证联合特征增强精度.仿真及实测机载SAR成像数据实验,验证了算法的有效性和实用性,同时应用相变分析方法分别定量和定性地分析了该文所提算法相比其他传统算法的优越性.     

一种新的高分辨率宽波束机载SAR成像算法

目前的频域成像算法在应用于高分辨率宽波束机载合成孔径雷达(SAR)时不能精确补偿运动误差,而可以精确成像的时域算法存在计算效率低下的问题。针对上述问题,该文提出一种新的成像算法。该算法通过对信号2维频谱进行扰动操作,将频域与时域算法结合互补,在提高运补精度的同时,也提高了后向投影的计算效率,从而在应用于高分辨率宽波束机载SAR时得到成像精度与效率的平衡。通过仿真和实际数据分析,验证了该算法应用于高分辨率宽波束系统的有效性。     

一种宽波束机载SAR运动误差补偿算法

精确的运动补偿是高分辨率机载合成孔径雷达(SAR)成像的关键.运动补偿就是对原始数据进行相位校正和斜距位置校正,使雷达回波数据如同是载机在匀速直线运动状态下获得的,这是各种成像算法的基础.随着宽波束机载SAR应用的发展,运动误差在方位向的空变性对SAR成像的影响日趋显著.文中讨论了运动误差方位向的空变性及频率特性,提出了一种宽波束机载SAR运动误差补偿算法,并给出了仿真结果和真实SAR数据处理结果.     

机载前视合成孔径雷达Chirp Scaling成像算法研究

针对目前机载侧视合成孔径雷达(SAR)无法对飞行路线正前方进行高分辨率成像的问题,该文研究了一种新型机载前视SAR,分析了前视SAR的工作原理和方位分辨率提高的可行性。基于空间几何模型和回波信号形式,推导并给出了适用于机载前视SAR成像的chirp scaling算法,给出了各相位补偿因子表达式及算法实现步骤。模拟了前视SAR点目标回波数据,并利用该方法对分布于场景中心及边缘的点目标阵进行了成像仿真,分析了成像效果,成像质量指标与理论值基本吻合,证实了算法的有效性。     

基于分布式压缩感知的高分宽幅SAR动目标成像技术

高分宽幅SAR动目标成像对目标跟踪具有重要的意义,常规天基多通道SAR技术要实现高分宽幅动目标成像需要通道数量巨大,系统复杂度过高,而且图像在方位向存在成对回波,形成虚警。针对上述问题,该文提出了一种基于分布式压缩感知的高分宽幅SAR动目标成像技术,在通道数量较大时,通道数量相比常规高分宽幅动目标成像构型通道数量约降低1倍,利用动目标稀疏特性和杂波背景非稀疏特性构建分布式压缩感知观测模型,采用先方位1维分布式压缩感知重建再距离方位2维分布式压缩感知重建,实现杂波背景和稀疏动目标的重建,并抑制多通道SAR动目标成像中的成对回波。结合RADAR-SAT数据的仿真试验结果验证了该技术的有效性。      

基于低秩稀疏约束的穿墙雷达成像算法

针对穿墙雷达(TWR)成像过程中墙杂波与成像空间分别具有低秩性和稀疏性的特点,提出了一种基于低秩稀疏约束的穿墙雷达成像算法.所提成像算法通过奇异值软阈值法和l1范数最小化技术进行迭代求解低秩稀疏约束优化问题,实现在墙体强反射波存在的探测环境中基于压缩感知框架对墙后隐蔽目标的准确成像重建.仿真和实验数据的处理结果验证了所提成像算法的有效性和准确性.     

基于截获因子评价的双基前视SAR成像LPI设计

降低雷达辐射信号被截获概率,是保障机载平台战场生存与作战效能发挥的重要方面。本文结合双基雷达在低截获（LPI）方面的优势,提出了基于截获因子评价的移不变双基前视条带合成孔径雷达（SAR）成像LPI探测设计方法。考虑利用截获因子评价双基SAR成像的LPI性能,针对移不变双基前视条带SAR成像模式,简要分析了成像分辨率,推导了截获因子表达式,在保证成像性能前提下,以降低截获因子为目标设计了LPI探测方法,并进行了仿真验证。实验结果表明,本文提出的方法能明显改善机载火控雷达SAR模式的抗截获性能。     

FMICW用于单基机载SAR的成像研究

针对调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)用于单基机载平台时无法实现发射和接收隔离的难题,提出了基于中断连续波(FMICW)的单基机载SAR成像研究。基于FMICW的信号特点,详细讨论了FMICW用于SAR成像时门控脉冲宽度、门控脉冲重复频率、门控脉冲周期数、扫频频率等参数的制约关系,给出了FMICW SAR的系统结构,并有针对性地分析了信号处理模块。最后结合距离多普勒(RD)算法对FMICW SAR进行成像仿真试验,对模型进行了验证。结果表明机载FMICW SAR不但可以有效解决收发隔离,并且可以实现对目标的精确成像。     

舰船成象的方法及试验

利用混合ＳＡＲ／ＩＳＡＲ成象法,对机载雷达观测海观上航行舰船实测录取数据进行成果,给出成象的结果。     

面向条带SAR的多孔径图像偏移自聚焦算法

本文提出了一种能够用于机载条带式合成孔径雷达（SAR）运动误差估计的多孔径图像偏移自聚焦算法。首先,将条带SAR数据分割为有重叠的估计子块,各个子块又分为具有重叠场景的多个子孔径,并通过后向投影算法在距离多普勒域构建子孔径图像;然后,对各个子孔径图像进行互相关处理,在分析影响互相关函数的因素的基础上,给出了求解各子图像之间的重叠场景相对偏移的方法;最后,给出了子块内的误差估计方法与子块间的误差拼接方法。对实际数据的处理结果表明,所提算法能够精确且鲁棒地估计机载条带SAR的运动误差。     

基于Radon—Ambiguity变换和解调频技术的SAR运动目标检测

详细探讨了合成孔径雷达中运动目标的检测问题，根据机载合成孔径雷达运动目标回波信号的特点，提出了基于Radon-Ambiguity变换和解调频技术的一种新的机载运动目标检测方法，给出了动目标检测、参数估计的主要步骤，分析了在单目标和多目标情况下的检测性能。该方法与常用的Wigner-Ville分布和Radon变换结合的方法相比计算量明显减少，在多目标情况下能够较好地抑制交叉项，提高检测性能。且使用解调频技术与RAT相配合，解决了单纯RAT无法估计Chirp信号初始频率的问题。仿真试验结果证明了算法的有效性。     

基于SAR实测数据的舰船成像研究

该文基于机载SAR实测数据,对舰船目标成像进行了研究。SAR成像是针对静止目标,舰船目标表现在SAR图像上是散焦的。基于舰船目标的非合作性,可采用ISAR的方法对其进行成像处理,以得到高分辨的舰船图像。该文介绍了如何从SAR实测数据中提取出舰船目标的回波数据,并讨论了对舰船成像比较有效的ISAR运动补偿方法。最后给出了多艘典型舰船的清晰成像结果。该文提供了机载雷达SAR模式工作时对舰船成像的有效处理方法。     

一种小型机载低频UWBSAR的三级运动补偿方法

 本文建立了小型机载UWB SAR运动误差模型,分析了低频UWB SAR与高频窄带SAR间的运动误差不同点,找出了传统运动补偿方法失效的原因.为此,本文提出一种三级运动补偿方法.该方法的具体措施为:第一级,采用基于低精度传感器的运动补偿,消除回波包络误差和部分相位误差,提高回波数据距离弯曲校正精度;第二级,采用基于多普勒调频率估计的补偿方法,消除回波中的二次相位误差;第三级,基于图像域数据,采用自聚焦算法消除高阶相位误差,最终获得聚焦UWB SAR图像.实测数据成像结果证明了该运动补偿方法的有效性.     

机载SAR多模式统一化成像处理技术研究

合成孔径雷达(SAR)技术能够实现感兴趣区域(ROI)的多模式成像与超高分辨观测。然而,超高分辨成像因多脉冲长时间相干积累而面临方位频谱混叠问题,且对于斜视情况下的凝视和滑动聚束模式,传统频域成像算法难以实现统一化处理。据此,本文提出了一种SAR多模式统一化成像处理算法。首先,采用线性距离走动校正削弱斜视数据的两维耦合。然后,结合基于方位Deramp技术的混叠频谱重建方法与方位重采样,实现混叠信号的恢复及聚焦深度问题的解决。最后,利用扩展的距离徙动算法进一步完成ROI精聚焦。本文所提算法能够对斜视的凝视和滑动聚束数据进行统一化的成像处理。基于点目标仿真与机载SAR多模式实测数据处理结果,验证了所提方法的有效性。     

改进的机载阵列调频连续波合成孔径雷达前视成像方法

机载阵列前视合成孔径雷达(SAR)信号模型中忽略载机速度会影响成像。针对该问题,在调频连续波(FMCW)SAR信号模型中考虑了载机速度,分析了载机速度的影响和载机连续运动引入的多普勒频率偏移的特点,结合Frequency Scaling算法,研究了机载阵列FMCW SAR前视成像。成像仿真和性能参数分析表明:改进方法可精确实现载机运动条件下的FMCW SAR前视成像。     

机载SAR目标快速定位方法和定位精度分析

从机载合成孔径雷达数据采集几何关系和成像原理的角度研究目标定位问题 ,提出了一种分别从距离和方位两个方向对目标进行快速定位的方法 ,给出了从雷达图像上目标点像素坐标计算其经纬度的详细过程 ,同时对影响定位精度的参数包括平台测量误差、多普勒中心估计误差、系统时间延迟测量误差和目标高度误差做了定量分析 ,通过实验对该方法进行了验证 ,实验结果与理论分析完全一致