基于仿真数据的HJ-1C卫星SAR成像处理方法

合成孔径雷达(SAR,synthetic aperture radar)是对地遥感观测的重要技术手段.作为民用星载SAR的第一颗卫星,HJ-1C卫星即将发射,因此文中针对其成像处理中涉及的关键技术开展了研究工作,包括精确的斜视等效距离模型下的扩展ECS(extended chirp scaling)算法的补偿因子、三次相位误差补偿因子形式的分析,快速的回波数据模拟算法的建模和实现,以及精确的Doppler参数计算方法以及对扫描模式成像算法中拼接环节的算法改进.通过理论研究分析和仿真验证,证明基于等效斜视模型的扩展chirp scaling算法是适应条带、扫描成像模式的精确算法.     

一种快速TMF的无监督SAR图像多类分割算法

三重Markov随机场(TMF)模型非常适合处理非平稳、非高斯图像的分割问题.为了降低模型和算法的复杂性,以满足对实测SAR图像处理的实时、稳健和高效的需求,文中提出了一种快速TMF的无监督SAR图像多类分割算法.该算法首先针对SAR图像的乘性斑点噪声,研究了SAR图像四叉树分解的数字特征、阈值选取及分解规则,使得在图像平滑区进行粗分解,而在图像边缘区进行细分解,将图像快速映射成一种新的基于边缘信息的pixon描述,然后再将TMF算法进行扩展,导出了基于边缘信息pixon描述的TMF新的势能函数,最后完成Bayes最大后验模型(MPM)分割.测试数据和实测SAR图像的仿真实验验证了快速TMF算法的有效性.     

基于压缩感知的宽孔径SAR成像

宽孔径SAR数据包含目标不同姿态角散射信息,实现宽孔径SAR成像对目标轮廓重构与解译识别具有重要价值.本文首先提出点模糊函数(point ambiguous function,PAF)研究影响压缩感知SAR成像的因素,然后用模型失配函数(model mismatch fucntion,MMF)分析宽孔径测量条件下点散射模型失配对成像性能的影响.最后根据上述结论,选择发射信号参数改善测量矩阵性能,利用广义似然比检验方法克服模型失配对成像性能的影响.实验结果验证了本文结论的正确性和成像算法的有效性.     

基于压缩感知的多角度合成孔径雷达成像

多角度合成孔径雷达（syntheticapertureradar，SAR）成像是实现多SAR信息融合的重要方式．对提高成像分辨率．重构目标轮廓进而提高雷达目标检测或分类性能具有基础性价值．由于各传感器发射信号和测量位置的多样性，实现多角度SAR成像具有挑战性．如何在噪声干扰情况下快速实现多角度SAR成像是一个新问题．本文建立了基于压缩感知的多角度SAR测量模型．通过对测量矩阵的分析，证明多角度SAR测量角度范围、发射信号载频和空间采样位置是影响成像性能的关键因素，研究了目标空间离散间隔对成像质量和分辨率的影响．以上述分析为基础，本文对多角度SAR发射信号载频和测量位置进行设计，构建满足约束等距性的测量矩阵．针对测量矩阵阶次较高的问题，文章提出用分段正交匹配追踪（stagewiseorthogonalmatchingpursuit，STOMP）进行模型求解，在测量矩阵欠定严重的情况下，该算法可以迅速求得模型最优稀疏解．在实验环节．通过分析多角度SAR参数对成像性能的影响，进一步验证了本文结论．实验验证了模型和相应求解算法的有效性和鲁棒性．     

异步旋转扫描式综合孔径干涉成像方法

综合孔径干涉成像技术在光学、射电天文学和微波遥感等领域都有很深的应用背景,随着应用需求的增长,其面临的一个主要障碍是系统结构过于复杂,这尤其不利于星载应用.为解决此问题,提出了一种异步旋转扫描分时采样成像方法,即采用两组子孔径阵绕同一中心以不同的转速进行异步旋转扫描.这种方式既可以得到较均匀的扫描轨迹,又可以自由灵活地实现系统复杂度和时间分辨率之间的平衡转换,从而可以在牺牲时间分辨率的情况下进一步稀疏子孔径阵列,以至于特定情况下简化到只需要两个子孔径.对异步旋转扫描的基本规律和设计方法进行了研究,并利用Gridding算法对其螺旋采样数据进行成像处理,最后针对地球同步轨道对地观测和太阳极轨射电天文观测两种潜在应用背景进行成像仿真,验证了此方法的实际可行性和有效性.     

一种基于改进SVA的SAR旁瓣抑制算法

针对现有的Spatially Variant Apodization(SVA)算法不能有效抑制旁瓣或损失主瓣能量的问题,该文提出了一种改进的SVA算法.该算法把传统的滤波器从3点扩展到5点,并且根据采样率的不同,设定相应的滤波器参数,得到满足约束优化理论的最优解.改进的SVA算法能够与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像算法相结合,在距离压缩和方位压缩中,分别利用改进的SVA算法来抑制旁瓣.该算法适用于任意奈奎斯特采样率,既能有效地抑制旁瓣,又能保持主瓣的能量和信号的高分辨率.实验结果表明,与传统的频域加窗方法相比,该方法能够在保持图像高分辨率的前提下,更有效地抑制旁瓣.     

基于二维Chirp-Z变换的前视FMCW雷达成像新方法

机载前视成像作为一种全新的成像雷达工作模式,与调频连续波技术的结合有着诸多的优势.本文以"一发多收"系统为研究对象,根据其成像几何模型给出了基于调频连续波的前视雷达回波信号表达式,利用双基等效单基原理,将回波信号等效为"自发自收"系统时的情况,同时分析了载机在发射信号和接收信号过程中连续运动带来的影响–产生多普勒频移,以及对其近似补偿方法.在此基础上,本文提出了一种针对调频连续波前视雷达成像的基于二维Chirp-Z变换变标的成像算法,给出了算法的完整推导过程和各补偿因子的表达式,整个算法只包含Fourier变换和复乘操作,不涉及插值,易于工程实现.最后仿真数据处理结果验证了本文分析的正确性和算法的有效性.     

基于MAPC-RISR的MIMO雷达距离——角度二维超分辨率成像算法

MIMO雷达作为一种新型的雷达体制,其成像兼具实时性和高分辨率的特点,为了充分发挥MIMO雷达在成像方面的优势,提出一种高分辨率的MIMO雷达成像算法.首先将MIMO雷达成像过程分为距离向脉冲压缩和方位向聚焦成像两个过程,采用多波形自适应脉冲压缩技术(MAPC)实现距离向脉冲压缩和发射波形分离,然后在MIMO雷达虚拟阵列端利用超分辨率空间谱估计方法(RISR)进行方位向聚焦成像,得到了观测区域的距离—角度二维高分辨率的成像结果.理论分析表明,与已有的MIMO雷达自适应成像算法相比,所提方法降低了算法复杂度,提高了运算效率.仿真实验验证了所提MIMO雷达成像算法的有效性与优越性.     

一种改进的固定接收机双基地SAR成像算法

从固定接收机双基地SAR的信号模型出发,分析基线变化带来的方位移变性,包括距离徙动曲线和多普勒调频率随目标方位位置的变化;进而提出一种扩展的NLCS算法,给出该算法的具体操作流程,推导其中各相位补偿函数的解析表达式.仿真结果表明,该算法能适应固定接收机双基地SAR的方位移变,获得较好的目标聚焦效果.     

MIMO系统中基于置信度传播的多用户检测算法

MIMO (mltiple-input, mltiple-output) 系统中不同发送天线发射的信号在接收天线上叠加, 形成相互干扰, 可以采用多用户检测算法进行解调以提高系统性能. 因此提出将LDPC码解码理论中的置信度传播(belief propagation)思想引入MIMO系统的解调技术, 从而得到了一种新的基于置信度传播的多用户检测算法. 新算法的复杂度只与发送/接收天线数目的平方成正比. 仿真结果表明, 新算法在低信噪比条件下误比特率性能优于传统的线性MMSE多用户检测器, 但在高信噪比条件下则存在误比特率的“地板效应”, 因此比较适合于采用信道编码的系统. 虽然该算法是基于MIMO系统地推导而来的, 但显然它也可以被推广应用到一般的CDMA系统中去.     

用矢量天线阵列实现相干Chirp信号多参量联合估计

提出一种采用矢量传感器（天线）阵列联合估计相干Chirp信号初频,调频斜率,2维到达角和极化的算法.通过分数阶Fourier变换估计信号的初频和调频斜率,并用之构造了新的相关矩阵以抑制噪声.利用到达角和电磁极化矢量的特点,解决了由于信号相干带来的自相关矩阵奇异问题.为提高估计精度,采用了扩展阵列间距的L型均匀天线阵列,并提出了在信号相干情况下,解除角度估计模糊的算法.通过仿真,将此算法与常用的空间平滑算法进行了比较,证明了该算法的有效性.     

一种新的多极化星载SAR工作方式研究

将多极化星载SAR系统与距离向数字波束形成技术相结合,提出了多极化星载SAR"空分+码分"工作方式.在"空分+码分"工作方式下,发射信号时,在一个脉冲重复周期内首先水平极化天线发射子脉冲,为水平极化的正线性调频斜率线性调频信号,延时一定时间后,垂直极化天线发射子脉冲,为垂直极化的负线性调频斜率线性调频信号,实现码分;接收信号时,方位向和距离向多孔径同时接收,利用距离向数字波束形成分离出前后脉冲所对应的各极化回波分量,实现空分.该系统脉冲重复频率等于单极化SAR系统脉冲重复频率,同时距离向使用数字波束形成技术有效降低了距离模糊.文中分析了主要系统参数,包括脉冲重复频率、孔径间发射脉冲延时、模糊度,并与传统单极化SAR进行了比较.仿真结果表明多极化星载SAR采用"空分+码分"工作方式是可行的,并具有较好的特性.     

关联规则算法优化研究与实现

本文主要针对Apriori算法采用最小支持度和最小信任度阈值来发现知识,而没有考虑交易中数量问题的不足,提出一种快速的基于频繁模式树FP-tree的最大频繁项目集挖掘算法.该算法不需要产生频繁项集,而且只需要扫描事务数据库D一次,从而提高了算法的执行效率.该方法结合大量的实际项目数据进行关联规则挖掘测试发现,不仅能较好地分析非稠密数据,也能处理现实世界中稠密数据. 结果 表明该优化算法可显著降低关联规则挖掘在数据挖掘工作中的时间开销.     

一种基于星载SAR编码有源定标器的电离层TEC测量方法

针对电离层对星载SAR线性调频信号影响与频率有关的特点,结合正负调频率的线性调频信号受电离层影响会出现脉冲信号的压缩和展宽现象,提出了一种基于星载SAR编码有源定标器的电离层TEC测量方法.利用编码有源定标器可以实现调频率反向的功能,通过分析调频率反向和不反向两种信号的相位差以及脉压后的位移差实现电离层TEC的精确测量,该方法不依赖于SAR与有源定标器之间的距离以及SAR发射信号的相位,减小了电离层TEC测量的误差因素,提高了电离层TEC的测量精度.针对BIOMASS,TerraSAR-L以及HJ1C三部不同频段的SAR系统进行了仿真分析,仿真分析结果与理论计算一致,证明了该方法的有效性.     

用合成孔径雷达(SAR)单次飞行全极化图像数据进行地面数字高程(DEM)反演

在合成孔径雷达(SAR)空对地观测中, 倾斜地表面的同极化回波极大值所对应的入射波极化的取向角ψ≠0. 由ψ≠0迁移, 通过二次相干飞行SAR或干涉SAR(INSAR)图像可确定地表面坡度与反演地面数字高程(DEM). 用全极化散射Mueller矩阵解, 将ψ≠0的迁移表示为SAR测量的散射Stokes参数I_vs, I_hs, U_s的函数. 通过Euler角变换, 把ψ迁移与倾斜地表面的水平方位角、射程角以及SAR观测的几何结构联系起来. 在只能获得单次飞行SAR数据的情况下, 提出用倾斜地表水平方位排列产生的图像纹理作形态学细化算法来确定水平方位角. 这样用一次飞行的SAR图像数据, 可确定水平方位角和射程角及其坡度分布, 用完整多重网格算法数值求解地面高程的Poisson方程, 得到地形DEM的反演.     

采用加权选通信号的扫描自测试方法

提出了一种采用扫描选通信号基于扫描的自测试方法.各扫描链所对应的权值可通过该算法计算出.在这种测试模式下,测试响应的收集可能在任意时钟进行.该方法力求最大限度地提高数字系统内部节点的可控度和可观测度,从而在几乎不带来额外硬件开销的情况下获得尽可能高的故障覆盖率.实验证明,此方法取得了很好的效果.     

TD-SCDMA系统中引入阈值信噪比的信道估计

采用联合检测和智能天线等技术是TD-SCDMA移动通信系统的优势之一,但这些技术的实现必须以准确的信道估计为前提.本文探讨了适合于TD-SCDMA系统的信道估计算法,分析了一种加入阈值信噪比的信道估计算法原理.通过上行链路的模拟仿真表明,该信道估计算法的信道响应更接近理想值,有利于提高系统性能.     

多输入多输出系统中基于长方阻塞矩阵的酉多级Wiener降秩联合检测算法

针对传统均衡算法复杂度高、收敛速度慢的问题,提出了一种基于长方阻塞矩阵的多级Wiener降秩联合检测算法,其中的多级Wiener滤波器通过相关相减结构来实现,即酉多级Wiener滤波器.该算法选取酉多级Wiener滤波器阻塞矩阵中的一个长方子阵作为阻塞矩阵,使得酉多级Wiener滤波器前向递推分解中接收信号向量的维数逐级降低,从而在降低了均衡的迭代复杂度的同时,加快了算法的收敛速度.理论分析和仿真结果表明,基于长方阻塞矩阵的酉多级Wiener联合检测算法具有复杂度低、收敛速度快的优点.在具有4根发射天线、8根接收天线,并且采用BPSK调制的V-BLAST(vertical Bell labs layered space-time)系统中,采用本算法仅用基于酉多级Wiener滤波的均衡算法一半的计算复杂度在高信噪比处即可达到与其相同的误码性能.     

用于多天线通信系统的自适应波束形成与空时块码相结合方案

针对多天线通信系统,提出了一种将自适应波束形成(ABF)与空时块码(STBC)相结合的下行链路发射方案.首先基于STBC所产生的等效加权加性Gauss白噪声(AWGN)信道模型,求得接收平均信噪比(SNR)最大化条件下的发射端自适应波束形成权矢量.接着以常用的3大类调制方式下的误符号率(SER)上界为准则,设计出各个波束间的最优功率分配算法.该发射方案实际上是对应于信道自相关矩阵的特征波束形成,同时结合空时编码以获得分集增益,从而提高无线通信下行链路的性能.此外,基于矩生成函数(MGF)和Gauss-Chebyshev积分,还提出了一种简单而精确的数值计算方法,用来分析采用新方案的通信系统在常用调制方式下的性能.最后计算机仿真结果验证了新方案的性能优于常用的空时块码和现有相关文献上介绍的方法.     

微波成像谱变形旁瓣抑制方法

由于微波成像系统获取的二维空间频谱通常是有限支撑区分布的,成像时存在高旁瓣问题,需要进行旁瓣抑制以得到高质量图像.以探寻微波成像中的旁瓣抑制新方法为目的,论文首先介绍了Fourier成像技术的基本原理,而后推导了谱域矩形支撑区下的点扩展函数.探讨了频谱支撑区变形与图像旁瓣走向变化的关系,基于谱变形产生旁瓣走向差异信息以实现主旁瓣相互分离的思想,提出了一种不展宽主瓣同时又可以有效抑制旁瓣的全新方法,并对其性能进行了详尽分析.最后通过典型微波成像系统(合成孔径雷达、逆合成孔径雷达及实孔径雷达)的仿真与实测数据处理完成了文中所提方法的基本效能评估.