宽测绘带SAR成像的一种侧摆模式及其压缩感知处理方法

宽测绘带合成孔径雷达(SAR)采用了不同的信号录取方式及成像算法,但现有的ScanSAR和循序扫描体制(TOPSAR)往往会造成场景分辨率的整体下降。针对这一问题,该文采用一种新的侧摆模式进行宽幅场景成像。该模式通过距离向波束角度的变化,以损失部分积累时间为代价,得到宽幅场景的回波信号,继而采用稀疏算法在方位向实现降采样成像。仿真结果表明,在波束变化轨迹确定后,星载雷达侧摆模式下稀疏SAR成像可有效增加场景幅宽,同时确保场景中心区域的高分辨成像。     

基于频域扩展和SPECAN的全孔径TOPSAR成像算法

TOPSAR(Terrain Observation by Progressive scans SAR)是星载SAR的一种新工作模式,这种工作模式在保持ScanSAR宽测绘带优点的同时,解决了扇贝效应(scalloping)等问题,具有广泛的应用前景。针对TOPSAR信号在时域和频域都混叠的特点,该文提出了一种新的全孔径TOPSAR成像算法,算法利用频域扩展来解决TOPSAR的频域混叠问题,利用SPECAN(SPECtral ANalysis)技术来避免输出图像时域混叠,结构紧凑,处理效率较高。通过点阵目标和分布目标的仿真来验证了算法的有效性,并分析了算法的计算量,通过与几种现有的全孔径成像算法对比,说明了算法的高效性。     

星载多通道高分辨率宽测绘带SAR系统运动目标检测方法

该文针对星载多通道高分辨率宽测绘带合成孔径雷达系统,提出一种新的运动目标检测方法。该方法首先利用波束形成方法进行杂波抑制,然后对运动目标的斜距历程进行拟合得到运动目标的运动方向。接着对杂波抑制后的数据进行聚焦处理,得到模糊的运动目标图像,并利用恒虚警检测技术检测得到所有的模糊运动目标。最后根据模糊图像的空间关系和估计出的运动方向检测出真实目标。星载仿真数据验证了该方法的有效性。     

三通道TOPSAR-GMTI技术研究

多通道宽带雷达不仅要求能够对大场景进行高分辨成像,而且要求具有动目标检测的能力。该文提出一种三通道TOPSAR模式下对地面动目标检测与定位(GMTI)的方法。首先建立三通道TOPSAR-GMTI系统几何模型,并对三通道回波数据进行全孔径成像,然后采用相位中心偏置天线(DPCA)和双门限单元平均恒虚警(CFAR)检测方法完成动目标的检测,最后推导出TOPSAR-GMTI模式下动目标干涉相位与速度的关系,完成对动目标的速度估计并在SAR图像中对其进行重新精确定位。仿真数据处理结果验证了该算法的有效性。     

一种改进的斜视SAR运动补偿波数域算法

准确的运动补偿是高分辨率机载SAR成像的关键。为了获得高质量的斜视SAR图像,该文详细研究了用改进的波数域算法处理带有运动误差的斜视SAR数据,提出了一种改进的斜视SAR运动补偿波数域算法,并用该算法进行了点目标仿真和对原始数据成像,结果表明,该算法对处理带有运动误差的斜视SAR数据有很好的效果。     

基于二维速度搜索的星载SAR运动目标聚焦算法研究

采用传统SAR成像方法对星载SAR地面运动目标进行成像处理时,运动目标通常会处于散焦状态,导致运动目标检测性能下降。该文结合RD算法,提出一种基于2维速度搜索的星载SAR运动目标检测算法,通过对运动目标距离向速度和方位向速度进行遍历来匹配运动目标多普勒参数,提取不同搜索速度下运动目标的最强幅度值用于恒虚警检测,可以提高运动目标的检测概率。仿真结果验证了该方法的可行性和有效性。     

基于相干化处理的步进频率ISAR成像算法研究

在步进频率高分辨ISAR成像中,传统的参数估计方法往往不能准确地估计出运动目标的速度和加速度值,其补偿后存在的相位误差对宽带合成ISAR图像有较大的影响。因此,该文提出了一种基于相邻相关法和相位相干化的步进频率高分辨ISAR成像技术,即通过相邻相关法估计运动目标的径向运动参数,在对回波数据包络进行补偿后,利用相位相干化对各子脉冲的相位误差进行校正,再利用频带拼接技术获取目标的合成高分辨1维距离像。之后,利用RD算法实现目标的高分辨ISAR成像。该方法具有精确相位误差补偿精度和高运算效率的优点。仿真和实测数据验证了该方法的有效性。     

高效星载TOPSAR场景回波信号模拟方法

星载TOPSAR回波信号模拟中时域逐点法运算效率低,而2维频域法又无法直接模拟星载TOPSAR回波信号。针对这个问题,该文提出了一种高效的星载TOPSAR模式场景回波模拟方法。该方法在距离向上利用参考点回波与场景散射矩阵卷积完成,在方位向上采用对逐个慢时间进行模拟和存储。文中详细给出该方法的处理流程,分析了该方法的运算量,同时还对比了点目标模拟结果与精确的时域模拟方法的差异,最后利用模拟回波信号的成像及干涉结果验证了该文方法的有效性。     

基于方位向预处理和后处理的TOPSAR成像方法

Burst工作模式和方位波束主动扫描使得TOPSAR(Terrain Observation by Progressive scans SAR)回波信号同时具备ScanSAR和聚束模式回波信号特点,即方位输出时间混叠和多普勒频谱混叠。虽然时域和频域同时升采样操作能够解决混叠问题,但同时带来成像运算量明显提高和内存消耗显著增大的问题。针对TOPSAR回波信号特殊的方位时频关系,该文提出一种结合方位向预处理和后处理的TOPSAR成像方法。该方法利用复制拼接和去斜的方法来解决混叠问题,利用信号截取操作剔除干扰信号,同时还可以减少采样点数,提高算法运算效率。点目标和分布目标的仿真结果验证了这种成像方法的有效性。     

基于图像强度最优的SAR高精度运动补偿方法

由于载体平台的不稳定性和测量传感器的精度限制,运动误差成为了提高合成孔径雷达(SAR)成像质量的一个瓶颈。基于图像锐度最优的自聚焦后向投影算法通过估计相位误差进行运动补偿,具有较高精度,但这种方法假设场景中所有像素点相位误差相同,即没有考虑运动误差的空变性,导致大部分像素点仍存在残留误差,造成成像质量下降。针对运动误差空变性的问题,该文提出一种高精度运动补偿方法,该方法在图像强度最大准则下,采用最优化技术估计天线相位中心测量误差,随后利用该测量误差估计量校正天线相位中心并进行后向投影成像。由于估计天线相位中心等效于估计每个像素点的距离历史,因此该方法可以对每个像素点进行高精度相位补偿。点目标仿真和实测数据处理结果均验证了所提方法的有效性。      

高时相星载序贯SAR图像运动目标检测方法

该文针对低信杂噪比条件下运动目标检测难的现状,提出了高时相星载序贯合成孔径雷达(SAR)图像运动目标检测方法。首先,根据检测机理的不同将现有星载SAR运动目标检测方法分为3类,并进行了对比分析;其次,基于凝视观测模式建模分析了高帧频序贯SAR图像获取方式;在此基础上,将动目标检测等效为未知尺度、未知到达时间的一维瞬态微弱扰动信号检测,并理论分析了沿时间维高帧频序贯SAR图像间动目标幅度扰动的sinc函数形式,背景杂波幅度的缓变和系统噪声幅度的无规则快变状态;再次,为实现目标和杂波、噪声的可分性,基于核函数机理实现了动目标在高维空间的深度关联;最后,通过仿真和真实数据验证了所提方法的有效性,并分析了检测性能。性能分析结果表明在低信杂噪比条件下所提方法检测性能优于传统的恒虚警类方法。      

基于MNMP的ScanSAR并行成像系统设计

该文对星载ScanSAR成像并行处理进行了详细的研究。首先,针对ScanSAR成像机制的特殊性,给出了基于传统主-从模式的并行实现流程。根据主-从模式的不足,该文提出了一种基于多节点-多进程的异步并行模式的星载ScanSAR并行处理的技术。实验结果表明,相对于传统的并行处理方法,该文所采用方法的成像时间得到了较好的改善,具有一定的优越性。     

Extended chirp scaling algorithm for air- and spaceborne SAR dataprocessing in stripmap and ScanSAR imaging modes

Presents a generalized formulation of the extended chirp scaling (ECS) approach for high precision processing of air- and spaceborne SAR data. Based on the original chirp scaling function, the ECS algorithm incorporates a new azimuth scaling function and a subaperture approach, which allow an effective phase-preserving processing of ScanSAR data without interpolation for azimuth geometric correction. The azimuth scaling can also be used for automatic azimuth coregistration of interferometric image pairs which are acquired with different sampling distances. Additionally, a novel range scaling formulation is proposed for automatic range coregistration of interferometric image pairs or for improved robustness for the processing of highly squinted data. Several simulation and processing results of air- and spaceborne SAR data are presented to demonstrate the validity of the proposed algorithms     

星载SAR斜视模式运动目标方位多通道信号重建方法

在星载方位多通道SAR斜视模式下,方位斜视角度和运动目标的速度分别导致回波多普勒频谱发生2次混叠和通道失衡,影响运动目标方位多通道信号重建。针对该问题,该文提出一种适用于多通道斜视模式下的运动目标的重建方法。首先通过方位向去斜预处理消除了斜视导致的2次多普勒混叠,然后通过修正的多通道重建矩阵来解决目标速度导致的通道失衡。此外,该文还研究了通道冗余情况下的杂波抑制能力,分析了估计速度误差带来的残余相位误差,给出了一种星载方位多通道SAR斜视模式下的运动目标速度快速估计搜索方法。最后,通过点目标仿真验证了方法的有效性。     

Estimation of doppler centroid frequency in spaceborne ScanSAR

Doppler centroid frequency is an essential parameter in the imaging processing of the Scanning mode Synthetic Aperture Radar （ScanSAR）. Inaccurate Doppler centroid frequency will result in ghost images in imaging result. In this letter, the principle and algorithms of Doppler centroid frequency estimation are introduced. Then the echo data of ScanSAR system is analyzed. Based on the algorithms of energy balancing and correlation Doppler estimator in the estimation of Doppler centroid frequency in strip mode SAR, an improved method for Doppler centroid frequency estimation in ScanSAR is proposed. The method has improved the accuracy of Doppler centroid frequency estimation in ScanSAR by zero padding between burst data. Finally, the proposed method is validated with the processing of ENVironment SATellite Advanced Synthetic Aperture Radar （ENVISAT ASAR） wide swath raw data.     

多载频星载MIMO-SAR系统动目标检测技术研究

该文研究多载频星载MIMO-SAR系统动目标检测技术。针对多载频星载MIMO-SAR的特点,使用子空间投影的空频自适应处理抑制杂波,并提出一种双门限恒虚警检测器。双门限恒虚警检测器主要思想是各载频对应的回波信号通过SFAP杂波抑制后,使用剔除平均恒虚警检测动目标,得到各载频对应的检测结果,最后将检测结果使用二进制多次脉冲积累进行二次检测,进一步提高检测概率。仿真结果表明,空频自适应处理能有效抑制杂波;同时双门限恒虚警检测器将有助于进一步提高多载频星载MIMO-SAR系统动目标检测性能。     

基于改进Kalman滤波模型的扫描合成孔径雷达图像扇贝效应校正方法

星载扫描合成孔径雷达(ScanSAR)采取Burst工作模式,该模式在获得宽幅测绘能力的同时,也导致图像中产生了固有的扇贝效应,严重影响图像的视觉效果和定量应用。该文结合对ScanSAR图像方位向统计特性的分析,针对现有滤波模型稳定性差和时间复杂度高等缺点,提出了一种改进的Kalman滤波模型,对图像方位向标准差和均值进行滤波以校正扇贝条纹。在高分三号(GF-3)卫星获取的真实ScanSAR图像上的校正结果验证了改进算法的有效性和高效性,此外在建筑群和海陆交界等复杂场景图像上的实验结果表明,改进算法具有较强的鲁棒性。     

基于改进Kalman滤波模型的扫描合成孔径雷达图像扇贝效应校正方法

星载扫描合成孔径雷达(ScanSAR)采取Burst工作模式,该模式在获得宽幅测绘能力的同时,也导致图像中产生了固有的扇贝效应,严重影响图像的视觉效果和定量应用。该文结合对ScanSAR图像方位向统计特性的分析,针对现有滤波模型稳定性差和时间复杂度高等缺点,提出了一种改进的Kalman滤波模型,对图像方位向标准差和均值进行滤波以校正扇贝条纹。在高分三号(GF-3)卫星获取的真实ScanSAR图像上的校正结果验证了改进算法的有效性和高效性,此外在建筑群和海陆交界等复杂场景图像上的实验结果表明,改进算法具有较强的鲁棒性。