SAR信号在距离多普勒域和二维频域中的频谱分析

合成孔径雷达的回波信号是SAR成像等一系列处理的基础,通过对SAR信号频谱的分析有利于脉冲压缩即匹配滤波器的设计,SAR信号频谱是目前较为精确高效的成像算法如RDA、wKA、CSA的理论基础。通过对频谱的分析有利于SAR成像中距离徙动、多普勒模糊等问题的解决。重点分析、详细推导了SAR信号在距离多普勒域及二维频域中的频谱表达式,深刻理解傅里叶变换的本质作用;最后利用Matlab对单个点目标分别在零斜视角、非零斜视角下的接收信号特性进行仿真,理论和实验分析SAR信号在这两种域的频谱性能。     

基于CPU+GPU混合架构的改进型距离徙动算法设计与实现

改进型距离徙动算法是距离徙动算法的一种改进算法,相比于距离徙动算法,该算法可对任意距离切面成像,且无需插值,成像精度更高。改进型距离徙动算法的计算量大,单CPU难以满足实时成像需求,而CPU+GPU混合架构可解决此问题。两种算法的成像结果表明,改进型距离徙动算法的聚焦效果和图像对比度均优于距离徙动算法;NVIDIA GTX 1080Ti和Intel(R)Xeon(R)E5-2650 v4的实测结果表明,CPU+GPU混合架构与单CPU的加速比高达69.88。因此,基于CPU+GPU混合架构的改进型距离徙动算法实现是可行的。     

线性调频连续波SAR成像算法研究

本文研究了线性调频连续波SAR的距离徙动算法成像.线性调频连续波SAR发射的信号周期较长,雷达在发射和接收信号期间不能再视为静止,STOP AND GO近似不能再视为有效.针对线性调频续波SAR的特点,在STOP AND GO近似成立的条件下,讨论距离徙动算法的实现过程.STOP AND GO近似失效时,通过补偿线性调频连续波SAR连续运动引入的多普勒频移,将此运动产生的多普勒频移转化成对距离的影响,对距离徙动算法提出了改进,并给出点目标的仿真验证.     

聚束式合成孔径雷达回波数据分块模拟方法

本文提出了一种将聚束模式合成孔径雷达(SAR)回波数据在方位向分成若干子数据,然后将子数据采用条带模式SAR回波模拟算法生成的方法.该方法得到的每个子回波数据的方位向带宽小于条带模式SAR的方位向采样频率,利用它们多普勒频率之间的关系在频域进行插值、移位后可以合成完整的聚束式SAR回波数据;也可以对每个子回波数据使用标准的条带模式聚焦技术进行处理后合成完整的聚束式SAR图像.另外,该方法也说明对聚束式SAR回波数据可以采用方位向分割的方法进行条带式处理,这也可以作为聚束式SAR成像处理器的一个研究方向.仿真结果证明了该方法的有效性.     

SAR运动目标微动信号模型及微多普勒效应研究

作为一种全新的雷达运动目标识别方法,微多普勒效应能够显示出目标自身更为丰富的运动学信息,同时也会造成动目标SAR成像模糊等传统理论无法克服不利影响。通过研究振动和转动SAR目标回波模型,综合出SAR微动目标统一的距离方程及SAR回波表达式,推导出回波方位向将呈现正弦调频（sinusoidal frequency modulation, SFM）信号等周期性特点。最后,通过计算机仿真验证了本文结果的正确性。     

一种新的SAR窄带干扰抑制方法

合成孔径雷达易受电视网、通信网等无线设备的电磁干扰,严重影响成像质量。本文在分析SAR受到的干扰特点和信号模型的基础上,提出了一种基于压缩感知的SAR窄带干扰抑制方法。该方法根据SAR回波信号和窄带干扰信号在Chirplet字典上的调频斜率参数不同,在SAR回波信号重构过程中对干扰信号进行筛选并抑制,再把去除干扰后的压缩数据利用常规SAR成像算法进行成像。仿真结果表明,该方法不仅能有效抑制窄带干扰,而且大大减少了SAR系统成像处理的数据量,验证了本文所提方法的有效性。     

基于频域校正的宽带雷达相参积累研究

雷达在进行目标检测时一般通过相参积累来提高信噪比,但是运动目标回波之间的跨距离单元走动的现象会降低相参积累的性能,借助仿真说明在宽带雷达检测高速目标的情况下该现象尤其明显,校正距离走动尤为必要。为此提出了基于频域校正的包络补偿算法,即在频域完成数字脉冲压缩并补偿走动项。仿真中与 Keystone 变换相比较,两种算法均能够在目标速度未知情况下,校正距离走动,改善宽带雷达多脉冲相参积累性能,其中频域校正算法优势在于运算量远小于 Keystone 变换,更有利于工程上的实现。     

基于系统噪声抑制的ScanSAR辐射校正方法

SAR回波数据中难免会存在系统噪声,传统的成像处理和辐射校正均不考虑系统噪声的影响,这会影响SAR图像的辐射质量。特别是对ScanSAR而言,在对扇贝效应进行去除时,在低信噪比区域,如果不考虑系统噪声,会使得校正后存在很大的残余误差,不仅影响图像可视化效果,同时导致辐射精度的下降。定量分析了系统噪声在辐射校正中的影响,介绍了系统噪声的抑制方法和噪声估计手段,在此基础上提出了基于系统噪声抑制的ScanSAR方位向辐射校正整体方案。算法在幅度图像上对系统噪声进行了抑制,并在图像域进行了方向图补偿。经实验验证,确实提高了ScanSAR扇贝效应的校正结果,提升了图像质量。     

室内实测数据太赫兹合成孔径雷达成像研究

合成孔径雷达实现高分辨率成像要求平台作理想匀速直线运动,相对传统微波SAR而言,太赫兹波的波长更短,SAR平台高频微小振动对常规微波频段 SAR影响几乎可以忽略,对太赫兹合成孔径雷达（Terahertz synthetic aperture radar ,T Hz‐SAR）的影响必须精细处理,研究适用于 T Hz‐SAR的成像补偿算法是必要的。本文建立 T Hz‐SAR非理想情况下的回波模型,分别从时域和频域详细分析运动误差对回波的影响。提出了一种基于回波数据的T Hz‐SAR成像运动补偿算法,采用中心频率0．3 T Hz的SAR系统进行实验,使用RD算法对目标进行二维高分辨成像,得到3个角反射器的二维SAR图像。实验结果验证了系统的可行性和所给处理算法的有效性,为外场车载或机载的T Hz‐SAR成像奠定了基础。     

基于DBF-SCORE的Ka SAR-GMTI信号处理方法研究*

在SAR信号处理中为增大接收增益,提高系统回波的信噪比,可利用数字波束形成(DBF)技术(扫描接收技术)生成灵活控制的高增益窄波用于多通道接收、处理回波信号。分析并推导了距离向多通道的回波信号,然后详细分析了基于偏置相位中心天线（DPCA）的SAR GMTI处理方法。在此基础上给出了一种使用DPCA杂波抑制技术处理基于时变加权DBF SCORE回波的Ka SAR GMTI处理方法,并给出了系统实现原理。与其他SAR GMTI处理方法相比较,使用DBF技术可以提升系统信噪比,有助于改善杂波抑制性能。通过仿真,验证了用DPCA技术处理基于DBF动目标回波的有效性。     

基于新型阵列配置的机载MIMO-SAR下视三维成像性能研究

阵列天线机载MIMO-SAR三维成像技术是获得SAR三维高分辨率图像的重要方式之一。通过研究跨行向阵列天线收发单元的配置问题,提出了一种新型的机载MIMO-SAR阵列天线配置方法。分析了机载MIMO-SAR下视三维成像的成像几何、等效相位中心误差和三维SAR回波信号模型。通过等效后的天线方向图证明了该阵列配置方法可以获得良好的指向性,通过一种下视三维成像算法进行仿真,证明了该新型阵列配置的机载MIMO-SAR三维成像模型能够获得更好的成像性能。     

PRF-ambiguity resolution for SAR by contrast minimization in range-Doppler domain

An algorithm was developed to accurately estimate the Doppler centroid, which is needed for high-quality synthetic aperture radar (SAR) image formation by resolving the SAR pulse repetition frequency (PRF) ambiguity. The algorithm uses the SAR range migration to resolve the PRF-ambiguity by searching for a PRF-ambiguity number that minimizes the intensity contrast in the range-Doppler domain. Experimental results show that the approach, compared with traditional methods for resolving the SAR PRF ambiguity, is more suitable for both high contrast scenes such as urban areas and low contrast scenes such as mountains. Moreover, the approach is more computationally efficient for there are no time-consuming correlations or fast Fourier transform (FFT) operations needed in the range-Doppler domain and only part of the range cells are used in the calculation. Translated from Journal of Tsinghua University (Science and Technology), 2006, 46(7): 1 259–1 261 [译自: 清华大学学报(自然科学版)]     

同步轨道SAR电离层影响分析与仿真研究

针对电离层对L波段同步轨道合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）的影响,提出了一种基于四维电离层电子浓度数据进行同步轨道SAR电离层影响仿真的方法.主要针对同步轨道SAR信号相位超前导致的图像偏移、分辨率下降、脉冲展宽、峰值旁瓣比下降等成像因素进行了分析,利用IRI模型计算得到四维电离层电子浓度数据,进行不同电离层状态下的同步轨道SAR性能影响分析.给出电离层TEC缓变、阶跃变化、冲激变化、连续快速变化几种情况下同步轨道SAR成像数值仿真结果,验证理论分析的正确性,并分析每种电离层情况下是否需要校正.结果表明,电离层对同步轨道SAR距离向信号影响非常严重,对方位向信号的影响大多数情况下可以忽略.     

一种基于参数估计的运动舰船SAR成像方法

海面舰船不仅存在自身动力带来的平移运动,还受风浪等影响存在摇摆运动和振荡运动等复杂运动形式,传统SAR成像算法难以获得聚焦舰船图像,首先建立了海面振荡舰船和摇摆舰船的SAR成像几何模型,在此基础上了推导并分析了回波信号特点,针对回波特点提出了基于附加多普勒参数估计与补偿的舰船成像方法,使用平滑伪魏格纳分布（SPWV）提取并估计附加多普勒参数,能够明显改善振荡舰船和摇摆舰船SAR成像的聚焦效果,最后通过仿真实验证明了该方法的有效性。     

光学/SAR图像的多DSP实时匹配系统的设计与实现

精确末制导技术中影响数据处理实时性的瓶颈是复杂的图像处理运算,单个处理器往往难以满足实时处理的要求,需要采用多个处理器并行计算。本文采用了4片TMS320C6414 DSP和1片Virtex4 FPGA设计了一个多DSP的光学/SAR图像实时匹配处理系统,将SAR实时图和光学图像的多值基准图直接匹配。本系统的双口RAM拓扑结构使得其能灵活地实现单任务分解和多任务并行处理,将复杂耗时的互相关计算平均分配到各个DSP。实验表明该系统适用于复杂图像处理算法的计算尤其是末制导中基准图和实时图的景象匹配实时处理。     

基于GPU的机载高分SAR运动补偿和自聚焦

对于高分辨率宽测绘带机载SAR,载机平台运动误差导致的相位误差具有严重的距离向空变性,因此在距离向采用了分段相位梯度自聚焦(PGA)算法来提高聚焦性能。然而传统的基于CPU的处理平台已经不能完全满足大量回波数据和复杂算法的快速处理。论文中针对机载高分SAR,提出适用于机载高分SAR的改进的距离向空变PGA算法。基于CPU+GPU的协同架构,改进的自聚焦算法和惯导运动补偿都得到了最大的并行优化。实验结果显示,该改进方法在并行平台上能够达到48倍的加速比的提升。     

基于光学GCP图像切片的SAR图像自动匹配方法

地面控制点是进行星载SAR图像几何精校正的重要条件之一.通过光学GCP切片和SAR原始图像进行匹配可以实现控制点的自动提取.提出了一种在图像梯度域,实现光学图像和SAR图像异源匹配的方法.首先根据SAR的轨道参数等信息,实现光学GCP切片和SAR图像尺度和旋转的归一化,解决异源图像间的分辨率和旋转角度差异.然后分别提取SAR图像和光学图像的梯度强度信息,为了消除SAR图像的斑点噪声,采用ROA算法准确提取SAR图像的梯度强度.SAR图像和光学图像的成像机理差别很大,直接在图像域匹配较为困难.但是它们的梯度强度图像具有相似性,为此可以通过在梯度强度图像域,应用归一化互相关匹配算法,实现同名点的自动匹配.最后采用实验证明了方法的可行性.     

基于FPGA的快速原地转置算法

随着合成孔径雷达成像系统对实时性要求的提高,基于FPGA平台的SAR成像系统越来越多。图像矩阵转置作为SAR成像系统的必要处理过程之一,其效率一直制约着SAR成像系统的实时性。本文提出了一种基于FPGA的快速原地转置算法,首先将矩阵分割为大小相等的子矩阵块,利用上位机预先计算出子矩阵块转置前后地址并生成地址序列表,在FPGA上依据地址序列表顺次移动子矩阵块。实验结果表明,相比非原地转置算法,这种原地转置算法使用的辅助空间仅为矩阵空间的0.2%,多耗费2%的时间。这种算法提高了转置效率,降低了转置存储开销,对SAR实时成像系统的有重要意义。