基于单特显点调频连续波阵列SAR系统幅相误差校正方法研究

调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)阵列合成孔径雷达系统(SAR)将FMCW体制与阵列SAR技术相结合,在军事和民用领域都有着广泛的应用前景。但是,实际调频连续波阵列SAR系统中不可避免地存在调频率非线性误差和多通道幅相误差问题,如不校正会造成雷达图像质量降级。该文建立考虑上述误差的信号模型,并针对该模型提出一种基于单特显点回波数据的误差校正方案和成像处理流程,最后通过仿真和实际数据处理验证了所提方法的有效性。     

基于海洋回波的高频地波雷达阵列幅相误差校准

针对现有无源校准方法在高频地波雷达中失效的问题,该文提出了一种基于海洋回波的高频地波雷达阵列幅相误差校准算法。该算法利用相控阵中相邻天线对同一海流面元回波之间满足的关系,建立多组幅相误差方程并联立求解。通过对模拟的海洋回波的数据进行处理,分析算法的幅相误差校准值的估计偏差。将此算法应用在实测数据处理中,验证了其有效性及可靠性。     

一种矢量传感器阵列误差的自校正算法及DOA估计

突破大多数阵列误差校正技术针对标量传感器阵列误差模型的限制,提出一种对电磁场矢量传感器阵列误差进行自校正的方法。该方法针对存在方位依赖阵元幅相误差的矢量传感器阵列模型;所提算法基于子空间的思想可对任意极化状态多源信号的信源方位、极化参数和对应的阵元幅相误差进行无模糊联合估计;该方法适用于具有任意几何结构的矢量传感器阵列,仿真试验表明了该算法的有效性。     

毫米波热辐射阵列的空间谱估计阵列误差模型研究

将空间谱估计算法应用于毫米波热辐射阵列接收系统对目标进行超分辨率探测,需要解决目标热辐射信号弱及阵列误差使性能下降这两个主要问题.为此,建立了低信噪比阵列误差模型,该模型综合考虑了通道幅相误差对信源和通道噪声的影响,推导出由它们所造成的阵列接收数据自相关矩阵的特征值扰动范围和信号特征向量空间误差距离.利用该模型提出了一种通道幅相误差校正算法,使得高分辨率的空间谱估计算法能够很好地应用于毫米波热辐射阵列接收系统,并通过实验验证了新模型及校正算法的正确性和有效性.     

多通道成像卫星误差校正方法研究

研究高速运动多通道成像卫星的误差校正问题,提出了利用地面角反射体回波数据进行阵列校正的新方法,该方法简单易行,校正效果良好,使得存在沿航向误差和通道幅相误差情况下卫星多通道成像成为可能。通过计算机仿真实验验证了方法的有效性。     

SAR回波信号模拟器幅相误差实时校正方法

合成孔径雷达(SAR)回波信号模拟器不可避免地存在通道幅相误差,会影响对雷达点目标成像性能的准确评估,因此对模拟器幅相误差实时校正具有重要意义。由于模拟器系统传递函数不具有共轭对称性,要满足在实时工作模式下用硬件实现幅相误差校正,既要求收敛速度快,又要求优化性能好,就需要采用一种快速有效的算法来设计复系数FIR滤波器。提出了复Remez算法和遗传算法相结合的复系数FIR滤波器设计方法,最后给出用此方法实现SAR回波信号模拟器幅相误差校正的实例。     

一种新的多通道成像卫星误差校正方法

本文针对高速运动的沿航向运动的线阵中存在的误差,提出了基于角反射体回波数据进行阵列校正的新方法,该方法不需要迭代搜索,校正效果良好,可以估计存在沿航向误差和幅相误差时的导向矢量,文末通过计算机仿真实验验证了文中方法的有效性.     

注入式SAR目标回波模拟系统的设计与实现

由于SAR（合成孔径雷达）回波模拟系统在SAR研究中的重要作用，通过对回波信号特点的分析，论述了注入式SAR目标回波模拟系统的功能、流程及原理设计。对此模拟系统进行了详细的分析设计，并且提出了软件、硬件各个功能模块的实现方法。针对回波信号自身的特点，设计了高速大容量数据传输与存储单元。叙述了正交调制技术，并分析了其中的幅相误差对所产生回波信号的影响。     

一种新的机载SAR回波高阶多项式相位误差提取方法

当载机在SAR回波方位子孔径时间内运动较复杂时,二次相位误差模型不能准确描述载机运动造成的相位误差。针对此情况,该文借鉴PACE算法的思想,提出了一种提取SAR回波中时域高阶多项式相位误差的TPACE算法。TPACE算法将图像对比度函数作为目标函数,以时域高阶多项式相位误差模型系数作为自变量,通过最优化方法提取时域误差系数。文中详细推导了对比度函数关于误差模型系数的梯度表达式,分析了TPACE与以往提取时域高阶多项式相位误差的算法计算量之差别。实际超宽带SAR回波数据处理结果表明,TPACE能有效提取时域高阶多项式误差,是一种计算量相对较小的SAR自聚焦算法。     

多输入多输出雷达发射阵列误差联合校正方法

针对多输入多输出雷达发射阵列提出了一种同时校正阵元位置误差、幅相误差和阵元互耦的新方法.该方法首先通过多次旋转天线阵列进行采样,获得来自多个方位的实验数据,然后对数据的协方差矩阵进行特征分解,得到实际阵列流型的估计值并构造代价函数,最后通过迭代算法估计所有的误差参数,并对误差进行校正.计算机仿真及实际天线阵列的校正实验均验证了该方法的有效性.     

一种新颖的星载SAR无线内定标方法研究

内定标利用雷达系统内部设备和定标通路来测量系统各部分幅度和相位在成像过程中的相对变化,是保证雷达图像辐射精度的重要手段。该文针对传统有线内定标方案定标通路未覆盖相控阵天线TR输出端至无源阵面路径、定标网络庞大且自身误差控制难等不足,提出了一种新颖的利用辅助天线的无线内定标方法,给出了定标原理和分析模型,推导了SAR天线TR通道幅相特性和系统传递函数的标定方法,并在典型星载SAR系统参数下对标定误差进行了仿真分析,仿真结果表明,辅助天线支撑杆位置引起的TR通道幅度标定误差在10–3 dB量级,可以忽略;引起相位标定误差与支撑杆位置偏差密切相关,可依据文中给出的仿真曲线得到。支持杆位置引起的系统传递函数幅度标定误差小于0.1 dB;引起的相位标定误差对支撑杆位置偏差不敏感。最后在实际相控阵天线上对无线内定标方法进行了验证,获取了TR通道幅相特性标定的实测结果,表明了该方案的可行性和有效性。      

相控阵体制SAR系统的误差建模与补偿方法

在基于相控阵天线体制的合成孔径雷达(SAR)系统中,中央电子设备和相控阵天线的非理想特性,会引入幅相误差,造成SAR信号幅相特性畸变,影响SAR图像等数据产品的质量。本文建立了相控阵体制SAR系统误差的模型,并设计了误差校正方法。研究结果表明：雷达中央电子设备的非理想特性会引入固定的幅频、相频误差;相控阵天线的非理想特性所引入的幅频、相频误差会随着波束指向的变化而变化,该误差主要根源于有源器件在不同频点处的性能差异,并会受到T/R模块移相衰减量的调制;可通过测量或分析计算对相控阵SAR的系统误差进行提取,并在SAR成像处理阶段实施误差补偿。     

ANALYSIS OF WAVEFORM ERRORS IN MILLIMETER-WAVE LFMCW SYNTHETIC APERTURE RADAR

In remote sensing applications, there is a special interest in the lightweight, cost effective, and high resolution imaging sensors. The combination of linearly frequency modulated continuous wave (LFMCW) technology and synthetic aperture radar (SAR) technique can lead to such a sensor. This paper concentrates on the analysis of waveform errors in millimeter-wave (MMW) LFMCW SAR. The generating scheme of millimeter-wave LFMCW waveforms with phase locked loop (PLL) and direct digital synthesizer (DDS) combined frequency synthesizer is investigated. The impacts of quantization errors, spurs, and frequency nonlinearities are analyzed. Simulation results show that the quality of LFMCW waveforms has a direct influence on the SAR images. Hence a scheme of frequency synthesizer to achieve high performance MMW LFMCW waveform is proposed. This synthesizer driven by a DDS array can adaptive suppress the spurious level without degradation of excellent frequency linearity and fast switching speed.     

基于压缩感知的连续场景稀疏阵列SAR三维成像

该文提出一种基于压缩感知的连续场景稀疏阵列SAR 3维成像方法。利用多孔径观测结构,使SAR复图像在频域和变换域具备稀疏性,将压缩感知(CS)方法引入频域和变换域的信号处理过程中,实现高分辨率3维成像,获得与满阵成像结果相同的成像质量。该文方法适用于随机稀疏阵列,可减少对高程向阵型的设计约束,为孔径综合处理后无法获得满阵条件下实现对地成像提供了可能。仿真试验验证了该文方法的有效性。     

Impact of wide-band I/Q modulation errors in SAR imaging analysis and compensation method resaerch

Direct quadrature modulation technology is suitable for wide-band radar signal generation. However, this method has rigorous requirements on amplitude and phase balance of the orthogonal input signals. If the requirements are not satisfied, there would be modulation errors such as image frequency and oscillator leakage that cannot be filtered. The modulation errors will therefore raise the noise floor of the range profile and reduce the dynamic range of the Synthetic Aperture Radar (SAR) image as a whole. In this paper, the wide-band In-phase/Quadrature-phase (I/Q) modulation errors are modeling analyzed, and the influence of wide-band I/Q modulation errors on SAR imaging is discussed. Furthermore, a compensation method of modulation errors is proposed, and the circuit implementation of the radar signal generation and pre-distortion is presented. The experimental results illustrate that the curves of the I/Q amplitude and phase imbalance errors are successfully extracted and the rejection of image frequency improved significantly, thus meets the requirements of the SAR imaging.     

基于FFT的相控阵雷达校准方法

相阵控天线由于单元间互耦,器件的制造,组装误差,老化,热变形和组件更换的影响而产生幅相误差,必须进行校准和补偿。文中提出一种新的校准方法,先在相同的频率和环境条件下分别进行ＦＦＴ外校准和初次ＦＦＴ内校准确定内外场校正系数,然后在雷达使用期间只需作天线ＦＦＴ内校准就可获得理想的精度,用一２４单元实验阵列对此作了实验验证。此方法具有低设备量和高校准精度,适用于一维,二维相控阵雷达,尤其适合于机载或地面     

MIMO雷达三维干涉诊断成像方法

2维合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)和逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR)成像是目标散射机理高分辨率分析和散射诊断测量的重要手段,现有被广泛采用的技术主要包括转台ISAR和导轨SAR成像技术。相比于传统的2维成像,3维成像可以提供目标局部散射中心在空间的3维位置和散射强度信息。因此,探索新的、可工程化实现与应用的目标3维成像技术是一项极具吸引力的工作。该文提出一种基于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)阵列技术的3维干涉成像方法。首先,设计并试验了一种具有高孔径利用率和通过虚拟孔径实现干涉成像功能的MIMO阵列;其次,分析了MIMO阵列合成的两组虚拟孔径所成两幅2维雷达像的干涉相位与目标散射中心高度之间的关系,发展了MIMO雷达3维干涉成像算法;最后,通过数值仿真和原理样机实验验证了所提方法在目标散射机理分析和诊断测量应用中的可行性和有效性。      

有源相控阵的幅相误差校正和波束形成一体化方法

有源相控阵的衰减器和移相器会随着波束形成要求的不同幅度和角度值进行调幅和调相,在实际应用中衰减器和移相器的调节会造成原始通道幅相误差发生变化,从而导致波束形成性能的恶化。文中提出一种可将幅相误差校正和波束形成同时完成的一体化方法,在校正原始通道幅相误差的同时,解决了通道幅相误差随形成波束变化而导致的波束形成性能恶化的问题,具有实现简单、运算量小等优点。理论分析和仿真结果证明了该方法的正确性和有效性。     

基于三相幅度测量的相控阵天线快速校准方法

提出了一种基于三相幅度测量的相控阵天线快速校准方法。该方法将天线阵列进行分组,利用每种分组在三种配相下的阵面合成场幅度测量值,可解算出各个天线单元的初始幅相值。该方法仅需幅度测量,避免了相位测量误差影响单元幅相值的计算精度,而且所需幅度测量次数仅为(2N+1)次,可显著提高校准时效性。另外,利用分组思想,同时改变多个单元相位,使总辐射场的幅度变化显著,提升校准准确性。仿真结果表明:校准后相位均方根误差为2.2°,幅度均方根误差为0.2 dB。