机载下视稀疏阵列三维SAR系统及成像

主要介绍了阵列三维SAR成像系统的基本理论,讨论一种双侧放置发射阵元的单激励稀疏阵列三维SAR成像系统;利用相位中心近似原理对天线进行优化,推导了阵列三维SAR系统的模糊函数,详细分析了稀疏阵列三维SAR分辨率特性;最后,讨论了三维SAR系统的RD成像算法,并进行了仿真成像.     

一种新型圆迹阵列三维SAR系统的点扩散函数分析与地面实验结果

阵列合成孔径雷达(ASAR)具备3维成像能力,是3维SAR成像领域的研究热点之一。该文针对线阵SAR在高分辨率成像方面和圆周SAR在旁瓣抑制方面的问题,提出一种新型圆迹阵列合成孔径雷达(CASAR)系统用于3维高分辨率雷达成像。首先推导基于CASAR系统的点扩散函数模型,从理论上分析圆迹阵列这一新型构型在3维成像中的优势。在此基础上构建原型CASAR实验系统,通过点扩散函数仿真实验和室外实测3维CASAR成像实验验证了3维CASAR成像的有效性,与线阵SAR和圆周SAR实验结果相比,证明CASAR系统可获得3维高分辨率SAR图像以及有效的旁瓣抑制能力。      

基于交叉接收的空时频编码高分辨率SAR处理方法

为了实现高分辨率宽测绘带SAR系统,需要在相对较小的天线孔径的约束下,提高系统的功率孔径积,并同时实现宽带信号的收发。针对上述问题,该文提出了一种基于交叉接收的空时频编码高分辨率SAR成像系统方案和处理方法,通过多子阵发射不同子带,不同波形的信号增大相控阵发射子阵的面积,提高了峰值功率,突破了传统SAR系统中功率孔径积的约束。采用交叉接收的频分方式实现大带宽信号合成,避免了复杂的后处理算法。理论和仿真验证了空时频编码的高分辨率SAR处理方法的有效性和可行性。     

机载交轨稀疏阵列天线雷达的下视三维成像处理

该文研究了机载交轨稀疏阵列天线雷达的下视3维成像处理问题。将稀疏阵列天线布设在载机交轨向,采用频分正交信号实现多发多收以提高发射功率,利用多相位中心孔径综合原理将稀疏阵换成满阵,采用与空间位置相关的匹配滤波器使不同子带信号孔径综合后相位中心的空间位置相同,进一步将子带信号合成宽带信号以提高距离分辨率实现下视3维成像。为了扩大观测幅宽,提出将ScanSAR模式与SweepSAR模式相结合的扫描方式,以降低雷达系统的脉冲重复频率。分析了机载交轨稀疏阵列天线雷达的系统参数,通过仿真验证了该文方法的有效性。     

FDA-SAR高分辨宽测绘带成像距离解模糊方法

由于多普勒模糊和距离模糊的制约,星载合成孔径雷达（SAR）成像方位高分辨率和宽测绘带成像之间存在严重的矛盾.针对这一问题,该文提出了基于频率分集阵列（FDA）SAR系统的高分辨宽测绘带成像距离解模糊方法.该方法基于FDA的距离维可控自由度,利用FDA发射导向矢量的距离和角度二维依赖性,在空间频率域实现距离模糊回波的分离并对不同距离模糊区域分别进行成像处理,解决了星载SAR成像测绘带宽对方位高分辨率的制约问题.仿真实验验证了所提方法的正确性和有效性.     

艇载共形稀疏阵列天线雷达成像研究

基于平流层飞艇平台,研究了共形稀疏阵列天线雷达对静止目标成像及对运动目标探测的问题。针对三叶玫瑰线艇身模型,提出了共形稀疏阵列天线的布阵方式。雷达采用实孔径方式成像,各子阵同时发射多脉冲频分正交信号。利用各子阵多发多收的回波信号,采用后向投影(BP)算法完成各子带信号对静止目标的成像处理,再将子带信号成像结果相参累加以提高静止目标成像的距离向分辨率;将各子阵一发多收的多脉冲回波信号变换到距离-多普勒域,完成静止杂波抑制,对各子带信号采用压缩感知(CS)的方法在二维空间实现对运动目标图像的重建,再将子带信号重建结果非相参累加以提高运动目标探测的信噪比。仿真实验验证了本文方法的有效性。     

基于机器学习的阵列层析SAR建筑物目标提取方法

阵列层析SAR通过交轨向布置多个不同高度天线、方位向合成孔径和斜距向大带宽信号，具备三维成像能力，单次航过即可实现观测区域的三维点云获取。受限于阵元数目和基线长度，高程向分辨率较低，同时建筑物区域存在叠掩，在三维重建过程中提取建筑物目标特征效率较低。针对这个问题，该文提出了一种基于机器学习的建筑物目标识别和提取算法，通过基于多元线性回归的点云分割、基于梯度算子的边缘提取和基于聚类分析的建筑物分区重建，进行建筑物立面、顶面和地面的提取，能够得到较好的立面与地面相交的脚印信息，大大提高了特征提取效率。通过国内首次机载阵列层析SAR实验数据处理结果，验证了该方法的有效性。      

一种基于子阵列合成的DOA估计算法

在卫星通信中,由于星上资源有限,导致星载信号处理接收机的数目一般少于阵列天线的阵元数.在某些应用中需要在这样的条件下实现DOA估计:信号达波数大于星载信号处理接收机数目但是可能小于阵列天线的阵元数.实质上是要求能够用较少数量的接收机进行接收、处理含有较多阵元的阵列天线上的信号.针对这类应用要求,本文提出一种基于子阵列合成的DOA估计算法.通过子阵列输出协方差矩阵合成等效的大阵列输出协方差矩阵,基于等效大阵列输出协方差矩阵实现达波DOA超分辨率估计;讨论了子阵列天线选择优化问题.对算法性能进行了仿真验证,结果表明算法是有效的.     

基于跨航向稀疏阵列的机载下视MIMO 3D-SAR三维成像算法

基于阵列天线的SAR 3维成像技术是实现SAR 3维高分辨成像的重要方式之一。该文通过沿飞行平台跨航向稀疏地布置多个收发天线阵列单元,构造了跨航向稀疏下视阵列天线构型的MIMO(多发多收)机载3D-SAR,并分析了跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的成像几何、3维回波信号模型,提出了适用于跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的3维成像算法,最后通过仿真实验验证了算法的有效性并对结果进行了分析。     

星载高分辨频率步进SAR成像技术

星载合成孔径雷达(SAR)是一种2维高分辨率微波成像雷达。它通过发射大带宽信号实现距离向高分辨,通过合成孔径技术实现方位向高分辨。随着人们对分辨率需求的不断提升,星载SAR正朝着分米级分辨率发展。一方面,受限于现有器件水平,可以通过频率步进技术实现大带宽信号发射,需要研究高精度子带拼接技术、子带间幅相误差对成像的影响与补偿技术;另一方面,受限于有限的波束宽度,可以使系统工作在聚束模式或滑聚模式实现长合成孔径,此时需研究轨道弯曲、“Stop-go”假设误差、电离层与对流层传输误差等非理想因素对成像的影响与补偿技术。因此,该文详细介绍了频率步进信号时序设计与子带拼接,研究星载高分辨率频率步进SAR成像算法与非理想因素补偿方法,最后给出成像算法的仿真验证和性能分析。      

FPGA在SAR实时运动补偿系统中的应用

机载SAR要获得高分辨率的图像,必须保证天线波束的指向恒定.提出了一种基于FPGA与二维电扫相控阵天线实现SAR实时运动补偿的方案,并结合FPGA的特点采用了CORDIC算法做为超越函数处理模块.通过实时控制相控阵天线,实现了载机在姿态发生变化时依然保证波束稳定地指向测绘带中心,从而得到高分辨率的图像.     

雷达脉冲编码理论方法及应用

该文提出了基于脉冲组合编码的雷达探测模式,建立了脉冲编码雷达的基本概念和理论模型。利用多脉冲组合及其时间、频率、相位参量的调制,实现脉冲信号在时间域、频率域、或者时频域结合的编码,为解决传统的脉冲及连续波雷达系统参数相互耦合约束、及其对雷达性能的限制问题,提供了基于多脉冲组合探测的新方法及理论基础。该文着重介绍了多脉冲组合探测的编码、目标信号恢复方法,以及结合研制的合成孔径雷达开展的编码方法、性能评估等实验研究。研究及实验表明,通过采用分频带脉冲编码方法,可使雷达信号采样率突破奈奎斯特采样定理限制,降低系统的实现难度,实验系统中实现了4.8 GHz采样率对5 GHz带宽信号的采样及无失真恢复,成像分辨率达到0.03×0.03 m;通过采用增加占空比的时域脉冲编码方法,实现了信噪比改善超过20 dB的大幅度提高;通过针对合成孔径雷达的成像特性进行2维编码,去除了信号模糊问题,实现了成像幅宽超过90 km等先进性能指标。理论及实验结果验证了脉冲编码方法在提高雷达核心性能方面的显著优势,为高性能雷达系统的实现建立了新的技术途径。      

基于稀疏综合孔径天线的艇载成像雷达研究

 基于稀疏综合孔径天线概念,研究了平流层飞艇载对地观测成像雷达系统中的重要问题.提出了稀疏阵时分多相位中心孔径综合方法,该方法使得综合后的相位中心在数量上和分布情况上与满阵天线相同,从而避免了稀疏阵旁瓣较高的问题;利用模拟退火算法对阵列进行了优化,以使实际使用的阵元最少;为提高系统作用距离,采用多频正交信号形成多发多收的工作模式,通过频率拼接提高距离分辨率;由于综合孔径天线阵列长度远小于场景宽度,系统采用了子孔径成像方法,并将曲线拟合和自聚焦处理相结合,解决了存在阵列形变误差时的精确成像问题.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

阵列天线微动对前视SAR成像影响及补偿研究

基于阵列技术的前视SAR能对载机前方区域高分辨成像,但阵列天线的微动会对成像产生影响。该文提出了基于时频分析提取微动特征参数的方法,研究了阵列天线微动对前视SAR成像影响及补偿问题:基于前视SAR阵列天线特点对阵列天线微动进行建模,并分析了阵列天线形变的补偿方法。然后基于时频分析方法讨论了阵列天线微动的时频特性并对参数进行了估计。最后在天线微动条件下对点目标进行了成像仿真,并结合成像特征对天线微动补偿前后的结果进行了分析比较。结果表明该文所建模型和所提算法是正确和有效的。     

时分MIMO滑坡雷达稀疏成像算法

针对现用于成像的MIMO山体滑坡雷达均匀线性阵列数目过多、数据处理复杂度高的问题，引入稀疏阵列时分地基MIMO雷达模型，提出一种基于逆傅里叶变换和混合匹配追踪算法的成像方法。首先通过对雷达回波信号作逆傅里叶变换实现距离向压缩，并进行近似相位补偿，然后采用一种基于时延补偿因子稀疏基的压缩感知算法实现方位向压缩。同时针对多目标成像的伪影点问题，方位向数据压缩引入子空间追踪算法和正交匹配追踪算法的结合算法重构出高分辨率且没有伪影的二维图像。根据真实的山体滑坡监测成像场景参数，通过数值仿真验证了该方法能够在低于传统均匀阵列的天线数目情况下实现目标高质量成像，且具有一定的抗噪性。     

凝视数字多波束合成孔径雷达原理

针对传统合成孔径雷达在实现高分辨大测绘带(简称高分宽幅)成像中存在的问题,文中将数字波束形成技术和合成孔径雷达结合,提出凝视数字多波束合成孔径雷达的概念。首先,将成像区域在距离和方位向分割为多个子区域进行独立成像,避免传统合成孔径雷达在高分宽幅成像领域的设计限制;然后,利用数字波束形成技术对天线阵面所有接收单元进行数字加权,在方位向和俯仰向形成多个高增益的接收窄波束,并控制接收波束实现对每个子区域的凝视观测,延长合成孔径的长度,提高成像分辨率。仿真表明,凝视数字多波束合成孔径雷达可以有效突破传统合成孔径雷达系统设计上的瓶颈,实现高分宽幅成像。     

前视SAR压缩感知成像算法

以进一步提高前视SAR成像的分辨率为目的,提出了一种基于压缩感知的前视SAR成像算法。前视SAR是一种可以实现对飞行路线正前方的区域进行成像的工作模式,通过分析德国宇航局提出的前视SAR系统——视景增强的新型区域成像雷达(SIREV)可知,由于SIREV系统天线长度的限制,使得等效的合成孔径长度较短,从而导致成像的分辨率较低。而基于压缩感知的前视SAR成像算法可以在方位向等效得到一个较长的虚拟天线,因此可以在同样长度天线的情况下获得更高的成像分辨率。仿真结果表明,该方法可以实现对点目标、分布目标和面目标的成像,并且提高了成像的分辨率。