直升机载高分辨调频连续波旋转式SAR成像算法研究

本文提出一种新的基于调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)的直升机载旋转式合成孔径雷达(Rotating Synthetic Aperture Radar,ROSAR)成像模型,并给出了相应的成像算法.该方法首先利用等效相位中心原理,将收发分置天线系统的回波信号等效为"自发自收"单基系统.在此基础上,使用高阶逼近原理建立了ROSAR的回波信号模型,结合级数反演的思想推导出其精确的二维频谱表达式,分析了雷达天线连续运动的影响——产生多普勒频移,并给出其补偿方法.最后运用高效的Chirp-Z变换校正了距离单元徙动空变性,得到了聚焦良好的SAR图像.仿真结果验证了分析结论的正确性和算法的有效性.     

直升机载调频连续波旋转式SAR信号分析与成像算法研究

该文研究基于调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)的直升机载旋转式合成孔径雷达(ROtating Synthetic Aperture Radar, ROSAR)成像,提出一种直升机载FMCW-ROSAR成像的新方法。该方法首先利用等效相位中心原理,将收发分置天线系统的回波信号等效为“自发自收”单基系统。在此基础上,给出了其精确的2维频谱同时分析了载机在发射信号和接收信号过程中天线连续运动的影响产生多普勒频移及其补偿方法;然后运用高效的逆Chirp-Z变换校正了距离徙动空变性。整个算法只包含快速傅里叶变换和复乘操作,不涉及插值,易于工程实现。仿真结果验证了分析结论的正确性和算法的有效性。     

基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法

为了解决CS算法在距离压缩时无法使用带有误差的原始信号的问题,作者提出一种等效斜视的波数域算法.本文基于星载SAR等效斜视距离模型,利用Bamler提出的波数域算法推导方法^[1],从原始回波信号模型入手,详细推导出基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法,并给出了该算法的实现步骤.该算法适用于大距离徙动高分辨率星载SAR的精确成像.文中利用点目标回波仿真数据验证了算法的有效性并给出了该算法成像的质量评估指标.     

直升机载旋转式合成孔径雷达成像振动误差补偿算法

作为一种新型成像体系,旋转式合成孔径雷达(ROSAR)能够通过天线的旋转替代平台运动来获得合成孔径并实现成像.但是直升机平台的高频振动会在信号回波中引入严重的相位误差并导致最终图像质量下降.由于距离与相位的耦合,传统成像算法如距离多普勒算法(RDA)对信号处理后,无法直接估计出振动误差相位,因此现有的自聚焦算法无法用来...     

直升机载ROSAR运动补偿及成像算法

针对传统旋转式合成孔径雷达(ROSAR)成像算法在直升机平台运动下难以实现有效的聚焦成像问题,提出一种融合直升机平台运动补偿的改进Chirp Scaling算法。首先建立了存在平台运动时直升机载ROSAR成像的几何模型,在此基础上,分析了平台运动引起的目标斜距误差随目标位置的变化关系,得到了平台运动引入的斜距误差的空变特性,并给出误差补偿方法。然后分析了雷达相位中心等效速度随目标斜距变化对成像质量的影响,并把其影响补偿融入到Chirp Scaling算法的距离徙动空变性校正和方位压缩中。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法

为了解决CS算法在距离压缩时无法使用带有误差的原始信号的问题，作者提出一种等效斜视的波数域算法．本文基于星载SAR等效斜视距离模型，利用Bamler提出的波数域算法推导方法，从原始回波信号模型入手，详细推导出基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法，并给出了该算法的实现步骤．该算法适用于大距离徙动高分辨率星载SAR的精确成像．文中利用点目标回波仿真数据验证了算法的有效性并给出了该算法成像的质量评估指标．     

多普勒效应对FMCW-SAR系统成像性能的影响分析

该文结合机载连续波合成孔径雷达（FMCW-SAR）系统的成像原理,讨论了FMCW-SAR成像系统与脉冲SAR成像系统的不同,分析了载机运动所带来的多普勒效应对FMCW—SAR成像系统性能的影响,指出多普勒效应会带来距离向与方位向信号的二次耦合,进而会影响图像在距离向和方位向的聚焦。然后,根据FMCW-SAR的回波特性给出了一种在回波信号方位向多普勒域对误差进行补偿的方法,并结合RD算法给出了整个成像系统的流程。最后给出了补偿前后算法仿真和验证的结果,可以看出对多普勒效应进行补偿之后能够消除距离向与方位向信号二次耦合带来的误差,提高成像质量。     

合成孔径雷达的模拟研究

合成孔径雷达是一种高分辨率的成像雷达.文章从场的角度对合成孔径雷达的原理进行了介绍,并从场的角度说明了合成孔径雷达的阵列天线与一般的阵列天线的不同点.然后建立了合成孔径雷达的系统模型,介绍了原始回波的模拟方法和R-D成像算法.最后对点阵目标进行了模拟仿真,从而验证了分析的正确性.     

基于时空二维信号处理的合成孔径雷达动目标检测

本文基于时空二维信号处理方法，利用阵列天线回波的时空等效性，对合成孔径雷达数据进行运动目标成像处理，该方法克服了单天线系统中由于运动目标径向速度太小而不能检测和成像的固有缺点，解决了盲速问题，实现慢速运动目标成像，计算机模拟表明了算法的有效性。     

多载频MIMO-SAR对消处理抗欺骗干扰

 根据多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)的特点,提出在重叠等效相位中心(EPC)处采用对消处理抑制欺骗干扰的方法.MIMO-SAR采用收发同置天线配置可形成多组位置相同的等效相位中心;发射多载频线性调频(LFM)信号将使每组位置重叠等效相位中心处的回波相位有所差异.利用此特点,可以在子回波相位补偿后采用对消处理对欺骗干扰进行抑制.文中给出了收发同置MIMO-SAR的系统模型,分析了欺骗干扰下的回波特点,指出在位置重叠等效相位中心处的欺骗干扰信号对间仅存在相位差异,给出了对消处理完成欺骗干扰抑制的信号流程,实验结果证明了本文方法的有效性.     

Synthetic aperture inversion for arbitrary flight paths and nonflat topography

The paper considers synthetic aperture radar (SAR) and other synthetic aperture imaging systems in which a backscattered wave is measured from positions along an arbitrary (known) flight path. The received backscattered signals are used to produce an image of the terrain. We assume a single-scattering model for the radar data, and we assume that the ground topography is known but not necessarily flat. We focus on cases in which the antenna footprint is so large that the standard narrow-beam algorithms are not useful. We show that certain artifacts can be avoided if the antenna and antenna footprint avoid particular relationships with the ground topography. We give an explicit backprojection imaging algorithm that corrects for the ground topography, flight path, antenna beam pattern, source waveform, and other geometrical factors. For the case of a non-directional antenna, the image produced by the above algorithm contains artifacts. For this case, we analyze the strength of the artifacts relative to the strength of the true image. The analysis shows that the artifacts can be somewhat suppressed by increasing the frequency, integration time, and the curvature of the flight path.     

Code-Division Multiple Transmission for High-Speed UWB Radar Imaging With an Antenna Array

The ultrawideband (UWB) radar is a promising high-resolution 3-D imaging technique for near targets. We have developed a high-speed imaging algorithm, SEABED, for a UWB pulse radar, a key real-time imaging technology. When the algorithm is applied to UWB, antenna scanning for data acquisition takes significantly longer than calculating the SEABED algorithm itself. This presents a serious problem for the real-time application of UWB radar. In this paper, we use pseudonoise (PN) sequences as the transmitting waveforms, while the original work on the SEABED algorithm assumed impulsive short-wave pulses. Using PN sequences enables us to simultaneously transmit signals with multiple antennas, eliminating the need to scan antennas. We demonstrate that the proposed radar system works well using random sequences to suppress direct waves, which is critical in achieving high speeds for imaging.      

稀疏阵列L 型MIMO 雷达运动目标三维成像方法

针对L型多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达对空中运动目标三维成像天线数目较多问题,提出了发射阵列采用稀疏布阵的L型MIMO雷达三维成像方法。该文首先分析了MIMO雷达发射阵列的稀疏布阵方式,其次结合压缩感知理论具体阐述了基于稀疏阵列的三维成像方法。该方法在大幅减少L型MI-MO雷达发射天线的条件下,实现了对运动目标的单次快拍三维成像,不仅有效避免了目标机动带来的运动补偿难题,同时又降低了系统的硬件复杂度,便于工程应用。最后利用仿真实验验证了本文方法的有效性和可行性。     

基于压缩感知的稀疏阵列MIMO雷达成像方法

针对MIMO雷达对空目标单次快拍成像时天线数目较多问题,该文提出了一种稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。首先分析了MIMO雷达天线的稀疏布阵方式,其次结合压缩感知理论具体阐述了稀疏阵列MIMO雷达的成像方法。该方法不仅能够对运动目标实现单次快拍成像,避免了目标机动带来的运动补偿难题,同时又能够大幅减少MIMO雷达的天线规模,便于工程实现。最后利用仿真实验验证了所提方法的有效性。     

基于时分MIMO的地基雷达高分辨率成像研究

基于时分多输入多输出(MIMO)的地基雷达成像有许多很好的应用价值,比如替代合成孔径雷达成像在山体滑坡监测方面的应用。针对基于时分MIMO的地基雷达高效高分辨率成像,该文提出一种基于逆傅里叶变换脉冲压缩和波束形成的成像算法。雷达通过步进频连续波技术获得高距离向分辨率,利用MIMO技术获得高方位向分辨率。通过逆傅里叶变换法实现雷达数据距离向压缩,采用波束形成算法实现雷达数据方位向压缩。同时该算法还针对MIMO天线阵列所引起的回波信号相位不连续问题进行了适当的校正,在保持算法高效性的同时提高了成像质量。根据真实的山体滑坡监测成像场景参数,通过数值仿真验证了该成像算法的可行性,应用在山体滑坡监测上理论效果良好。     

See-through Detection and 3D Reconstruction Using Terahertz Leaky-Wave Radar Based on Sparse Signal Processing

We experimentally demonstrate see-through detection and 3D reconstruction using terahertz leaky-wave radar based on sparse signal processing. The application of terahertz waves to radar has received increasing attention in recent years for its potential to high-resolution and see-through detection. Among others, the implementation using a leaky-wave antenna is promising for compact system integration with beam steering capability based on frequency sweep. However, the use of a leaky-wave antenna poses a challenge on signal processing. Since a leaky-wave antenna combines the entire signal captured by each part of the aperture into a single output, the conventional array signal processing assuming access to a respective antenna element is not applicable. In this paper, we apply an iterative recovery algorithm “CoSaMP” to signals acquired with terahertz leaky-wave radar for clutter mitigation and aperture synthesis. We firstly demonstrate see-through detection of target location even when the radar is covered with an opaque screen, and therefore, the radar signal is disturbed by clutter. Furthermore, leveraging the robustness of the algorithm against noise, we also demonstrate 3D reconstruction of distributed targets by synthesizing signals collected from different orientations. The proposed approach will contribute to the smart implementation of terahertz leaky-wave radar.     

基于稀疏综合孔径天线的艇载成像雷达研究

 基于稀疏综合孔径天线概念,研究了平流层飞艇载对地观测成像雷达系统中的重要问题.提出了稀疏阵时分多相位中心孔径综合方法,该方法使得综合后的相位中心在数量上和分布情况上与满阵天线相同,从而避免了稀疏阵旁瓣较高的问题;利用模拟退火算法对阵列进行了优化,以使实际使用的阵元最少;为提高系统作用距离,采用多频正交信号形成多发多收的工作模式,通过频率拼接提高距离分辨率;由于综合孔径天线阵列长度远小于场景宽度,系统采用了子孔径成像方法,并将曲线拟合和自聚焦处理相结合,解决了存在阵列形变误差时的精确成像问题.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

基于稀疏贝叶斯学习的双基雷达关联成像

双基雷达具有隐蔽性高、抗干扰性能强等优点,在现代电子战中发挥重要作用。基于雷达关联成像原理,该文研究运动目标双基雷达关联成像问题。首先,针对采用均匀线性阵列作为收发天线的双基雷达系统,在发射随机频率调制信号条件下,分析运动目标雷达回波信号特点,建立双基雷达关联成像参数化稀疏表征模型;其次,针对建立的参数化稀疏表征模型,提出一种基于稀疏贝叶斯学习的迭代关联成像算法。该算法在建立贝叶斯模型基础上,通过贝叶斯推理,得到稀疏重构信号,从而实现对运动目标成像和运动参数的精确估计。最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性。     

弧形阵列3D-SAR成像处理算法研究

三维合成孔径雷达（3D-SAR）能够获取观测场景目标的三维分辨，解决传统二维合成孔径雷达的叠掩、阴影等问题。不同于现有的3D-SAR成像几何，本文设计了一种新的基于弧形曲面几何的三维合成孔径雷达系统模型。相比于现有的3D-SAR成像系统，该系统能够利用弧形天线阵列实现高效的数据采集和宽视角三维成像。然后针对所设计的弧形阵列3D-SAR系统，本文提出了一种应用于调频连续波信号的波数域三维成像处理算法，通过波数域卷积及插值变换，避免了距离近似等产生的相位误差，从而实现对目标的精准聚焦。最后，通过进行计算机单点目标仿真与多目标仿真，并将仿真结果与后向投影算法的结果进行对比，验证了本文所设计系统模型的有效性及提出算法的良好成像性能。      

基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)能够突破天线孔径对分辨率的限制,因而得到了广泛应用. 本文提出了一种基于聚合型涡旋电磁波束的三维SAR成像方法,通过设计合适的成像几何构型,利用涡旋电磁波的相位特性实现对高度维的分辨,并推导得到高度维分辨率与模式数及雷达参数之间的关系. 考虑到回波信号中引入的涡旋相位项,对后向投影算法进行改进,实现对观测区域的三维成像,并引入稀疏重构算法减少对模式数的需求. 仿真结果表明,利用多模式聚合型涡旋电磁波束能够对分布在不同高度的目标进行准确重构,利用稀疏重构算法能够用少数模式实现高分辨三维成像. 本文提出的方法为新体制雷达成像研究提供了一定的参考.