双站前视低频超宽带SAR的快速因式分解后向投影算法成像处理

双站前视低频超宽带(UWB)SAR兼具双站前视的复杂成像构型和低频UWB的强距离方位耦合两个特点,因此极大地增加了实现高精度成像处理的难度。针对这个问题,该文提出一种基于快速因式分解后向投影(FFBP)算法的双站前视低频UWB SAR成像处理方法。首先,基于双站前视低频UWB SAR的成像几何构型和信号模型,给出了双站前视低频UWB SAR 原始BP算法成像的原理和流程。其次,在上述基础上,推导了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理的精确相位误差形式,并分析了相位误差对成像处理的影响,据此建立了双站前视低频UWB SAR FFBP成像处理中的子孔径和子区域划分原则。接下来,给出了双站前视低频UWB SAR FFBP算法成像处理流程,并对比分析了BP算法和FFBP算法的成像效率。最后,利用仿真实验证明了文中所作理论分析的正确性和所提方法的有效性。     

基于最优区域划分的子块快速因子分解后向投影算法

后向投影(Back Projection,BP)算法具有精确聚焦、完美运动补偿等优点,适合于机载超宽带合成孔径雷达(Ultra Wide Band Synthetic Aperture Radar,UWB SAR)成像,但是巨大的计算量限制了它的实际应用。子块快速因子分解后向投影算法(Sub-Image Fast Factorized Back Projection,SIFFBP)算法大幅度减小了BP算法的计算量,提高了BP算法的实用性。本文通过分析SIFFBP算法区域划分的约束条件,提出了一种基于最优区域划分的改进算法,解决了传统SIFFBP算法在小波束积累角时加速性能下降的问题。当波束积累角小于60度或成像区域长宽相差较大时,改进算法进一步减小了计算量。仿真和实测SAR数据的成像结果验证了改进算法的性能。     

Bulk-FFBP：基于距离向整体处理的快速分解后向投影算法

距离向分块快速分解后向投影(Block-FFBP)算法通过子孔径合成降低了传统BP的算法复杂度,并且通过距离向分块,简化了繁琐的极坐标与直角坐标的转换。然而,距离分块操作使各块引入了斜距范围波动,而且插值核长度余量导致了算法的内存效率低下,从而降低了成像效率。该文提出一种基于距离向整体处理的Bulk-FFBP算法,并细分为基于距离向控制点的Bulk-FFBP以及无控制点的Bulk-FFBP。文中通过仿真对两种Bulk-FFBP算法进行了误差分析、成像性能分析以及算法效率分析,并与Block-FFBP算法进行对比,证实了Bulk-FFBP的优越性。     

基于NUFFT的机载探地雷达后向投影成像算法

由于后向投影算法可以精确补偿电磁波在介质表面发生的折射效应,因此它在机载探地雷达成像技术领域具有较强的工程实用价值。但传统后向投影成像算法存在计算量大难以实时实现的问题,针对上述问题,文中提出一种基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)技术的机载探地雷达快速后向投影成像算法。通过对基于时域有限差分法产生的仿真数据进行处理,验证了所提成像算法的有效性和快速运算能力。     

一种基于快速分解后向投影的条带SAR成像新方法

快速分解后向投影(Fast Factorized Back-Projection, FFBP)最初用于超宽带SAR成像,并在聚束SAR信号处理领域取得了巨大的成功。然而,由于积分孔径和角域升采样的限制,FFBP算法难以直接用于条带SAR处理。为了提高FFBP算法在条带SAR处理的实用性,该文从积分孔径和角域波数带宽的角度出发,提出一种适用于条带SAR处理的重叠图像法。该方法极大地保留FFBP算法的运算效率,有效地避免因角域升采样带来数据量大的问题。最后,通过斜视条带SAR仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于加权相关的探地雷达后向投影成像算法

本文提出一种基于加权相关的后向投影成像算法以抑制经典后向投影算法中因“延时-求和”所带来的图像中的伪影。该算法通过加权和相关处理重构对成像区域中各点的反向散射响应。利用各回波通道之间的关联性,通过计算成像点所对应各回波通道之间的皮尔逊加权系数,为各通道回波幅值进行加权,其可增强目标区域的反射能量;进一步,对加权后的幅值响应数据进行互相关,削弱了非目标区域反射能量。采用该算法对频率步进探地雷达探测得到的管线数据进行成像处理,实验结果表明：基于加权相关的后向投影算法能显著抑制图像中的伪影,有利于目标的识别。此外,对于多目标探测,该算法还能消除多目标叠影带来的虚假目标。     

快速分解后向投影SAR成像的自聚焦算法研究

SAR图像的自聚焦处理依赖图像域与距离压缩相位历程域之间的傅里叶变换对(Fourier Transform Pairs, FTP)关系。与频域算法不同,时域算法下的这种FTP关系不仅复杂,且难以获取。为了兼顾图像快速重建和自聚焦处理,该文首先对快速分解后向投影(Fast Factorized Back-Projection, FFBP)算法进行必要的改进和适当的优化处理,提出了IFFBP(Improved FFBP, IFFBP)算法,为自聚焦算法的使用奠定了基础。其次,针对数据处理的实际需求,该文提出了一种结合中等精度惯导粗补偿、嵌套相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus, PGA)精补偿的IFFBP算法处理流程。最后,通过仿真实验和实测数据处理验证该文方法的有效性。     

直角坐标多级后投影聚束SAR成像算法

在局部极坐标系下,快速多级后向投影算法(FFBPA)可以以较低的采样率对子孔径成像,但在不同局部极坐标系之间需大量的2维图像域插值实现图像融合。相比极坐标系,图像融合在直角坐标系下更容易实现。但在直角坐标系下进行子孔径成像的奈奎斯特采样率较高,这将影响直角坐标系下的成像效率。该文针对此问题提出一种谱压缩技术,通过对距离时域和距离频域两次补偿,大幅压缩了直角坐标系下子孔径成像的方位谱宽度。该文算法具有堪比原始后向投影算法(BPA)的成像质量和优于FFBPA的计算效率,且能够应用于非线性轨道SAR。最后通过星载0.1 m仿真实验和机载0.2 m实测实验验证了算法的有效性。     

超宽带穿墙探测雷达的反向投影成像算法

在SAR BP（Back Project反向投影）成像算法的基础上,结合超宽带穿墙探测雷达应用中存在的特定条件（如墙体的反射、折射及其对宽带信号的色散影响,因天线阵的天线数目有限而使获得的信息量小等）,提出了一种超宽带穿墙探测雷达的BP成像算法。该算法考虑了超宽带电磁波穿透墙体传播的特性,能够去除墙体对成像的影响,并有效抑制了天线阵天线数目较少时的拖尾现象。通过仿真成像,分析了舍成孔径长度对可成像区域和成像精度的影响：合成孔径长度增加,成像精度提高,而可成像区域减小。     

一种超宽带穿墙雷达的三维成像算法研究

提出了一种应用于超宽带穿墙雷达的三维成像算法。在研究后向投影算法原理的基础上,构建了电磁波穿透介质墙的数学模型,补偿了电磁波在墙体中传播的时间延迟,推导了基于偶极子近场辐射模型的穿墙改进后向投影算法,给出了算法的实现流程。利用FDTD得到采样数据,运用算法的具体流程实现对介质墙存在下的目标进行三维成像。验证了算法的有效性,分析了墙体和目标间耦合作用对成像效果的影响。     

机载超宽带SAR运动补偿方法

本文基于机载合成孔径雷达（SAR）正弦运动误差模型,研究了机载超宽带SAR运动补偿方法。首先,本文从理论上解释了传统“两步运动补偿法”原理,并分析了“两步运动补偿法”的优势与不足。其次,基于分析结果,文中提出一种“两步运动补偿法”的改进处理流程,称为“单步运动补偿法”。在“单步运动补偿法”中,用于补偿距离空变相位误差的“二阶补偿”由在距离弯曲校正（RCMC）后的回波域内进行改为在RCMC前的回波域内进行。与原始“两步运动补偿法”相比,“单步运动补偿法”具有更好的高频运动误差补偿性能。文中详细推导了所提运动补偿方法,并通过仿真实验证明了该方法的有效性。      

高效UWB-SAR平面子孔径处理成像算法

对各子孔径进行梯形(keystone)变换时的插值运算是平面子孔径处理(PSAP)算法对低频段SAR特别是超宽带(UWB)SAR成像时的主要瓶颈。该文提出用线性调频变换结合Fold FFT实现梯形变换,提高了插值效率,并改进了算法流程,剔除了梯形变换结合Fold FFT中的冗余运算,极大地提高了整个算法的计算效率。计算机仿真和对实际数据进行成像实验的结果表明,经过改进后的PSAP算法能够用于对大场景高分辨率UWB-SAR的实时成像。     

超宽带SAR浅地表地雷聚焦与定位技术

机载或车载超宽带合成孔径雷达可以大区域快速探测单个地雷和雷场,是探雷的发展趋势。由于传统成像算法基于均匀媒质的假设,在浅地表目标成像中不再适应。该文首先建立了浅地表目标回波模型,定量分析了折射和色散对成像的影响。基于回波模型,提出了分别在回波域和图像域补偿折射和色散影响的浅地表后向投影(Subsurface Back-Projection, SBP)成像算法。但是对未知区域进行地雷探测时,无法获得目标埋设深度和入射角先验信息。针对这个问题,提出了基于图像域SBP成像算法的粗、精补偿分级处理流程,实现了大区域多目标精确聚焦定位。最后利用Rail-GPSAR探雷试验系统实测数据验证了该文方法的有效性。     

基于实测数据的原始数据压缩对InSAR系统测高影响研究

为了研究原始数据压缩对InSAR系统干涉测高的影响。该文应用4组典型高程起伏的ERS-1/2实测数据,对Block Adaptive Quantization (BAQ) 与 Amplitude-Phase (AP) 两种有重要工程应用潜力的算法对干涉测高影响进行研究。试验结果表明：BAQ算法在设计时,要合理选择数据分块尺寸;同时,对于测高精度要求较高且垂直基线较短的系统,量化位数应至少为4 bit。AP算法在设计时,要合理分配幅度和相位量化位数。对于平均比特率为3 bit/sample,AP算法最优方案为幅度2 bit、相位4 bit,其性能介于3 bit BAQ和4 bit BAQ之间。     

一种新的低频超宽带干涉合成孔径雷达绝对相位估计方法

该文针对低频超宽带(UWB)干涉合成孔径雷达(InSAR),提出一种新的干涉相位绝对值估计方法。该方法首先对干涉图像进行非参数模型的精配准,并利用配准偏移量生成配准相位。然后将配准相位从干涉相位中去除,得到失配相位。最后估计失配相位的绝对相位,进而得到绝对干涉相位的值。该方法利用失配相位具有无相位缠绕或只在相干性较差区域存在相位缠绕的特性估计其绝对相位,相比传统的绝对干涉相位估计方法具有更小的运算复杂度。P波段UWB InSAR实测数据处理结果验证了该方法的有效性。     

机载合成孔径雷达大斜视高分辨率重叠子孔径成像算法研究

该文提出了一种结合图像二维几何失真校正和空变相位误差补偿的大斜视、高分辨率机载合成孔径雷达重叠子孔径成像处理方法。其运动补偿过程不需要实时调整雷达参数,易于工程实现。整个成像处理过程融合了基于频谱分析的分步变换技术,以线性距离多普勒算法生成子孔径图像为前提,根据转台成像的基本原理,通过固定参考系下地理坐标的变换和定位,实现了不同子孔径图像之间散射点的距离和多普勒对准,并有效地补偿了空变剩余相位误差。点目标仿真和实测数据成像结果证明了该处理方法的有效性。     

基于距离走动校正的星载SAR成像算法

该文提出一种适合大距离徙动星载SAR的成像算法,该算法首先要对回波信号的距离走动进行校正,因而距离向和方位向的耦合度大大减小,成像质量得到提高。文中详细地推导出了该算法。然后对距离多普勒域的调频斜率的近似误差进行了分析,并与普通的斜视算法进行了比较。最后通过点目标成像仿真和实际数据成像仿真,验证了该算法的有效性。     

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。