合成孔径雷达快速后向投影算法综述

后向投影(BP)算法是合成孔径雷达成像算法发展的重要方向之一。然而,由于BP算法具有较大的计算量,阻碍了其在工程应用上的发展。因此,近年来如何有效地提高BP算法的运算效率受到了广泛的重视。该文讨论了基于多种成像面坐标系的快速BP算法,包括距离-方位平面坐标系、地平面坐标系和非欧氏坐标系。该文首先简要介绍了原始BP算法的原理和不同坐标系对加速BP算法的影响,并对BP算法的发展历程进行梳理。然后讨论了基于不同成像面坐标系的快速BP算法的研究进展,并重点介绍了作者所在研究团队近年来在快速BP成像方面完成的研究工作。最后介绍了快速BP算法在工程上的应用,并展望了未来快速BP成像算法的研究发展趋势。

基于空时域滤波的欺骗式干扰抑制技术

基于欺骗式干扰信号在空间上具有很强的方向性,通过利用SAR信号的角度-多普勒关系,可在多普勒域实现对其有效分解(投影)的特性,提出了一种基于多多普勒约束的空-时联合自适应滤波器,结合多通道SAR(MSAR)系统可实现对欺骗式干扰信号的有效抑制。首先分析和估计有效信号和转发式欺骗干扰(DFI)的时空频谱,然后对斜视MSAR数据进行处理,利用子空间投影矩阵去除主瓣DFI并利用多多普勒方向线性约束最小方差(MDD-LCMV)波束成形器实现对旁瓣DFI的抑制以及信号频谱重建。文中通过点仿真实验验证了所提算法的有效性。

中轨SAR舰船动目标特性分析与定位技术

针对中轨合成孔径雷达(SAR)单通道模式下舰船动目标成像特性进行了分析。相比于低轨SAR,中轨SAR系统脉冲重复频率较低,舰船动目标成像极易发生模糊,且模糊像相距较远。在动目标定位处理中,为了获取动目标信号的完整方位包络以实现定位参数的准确估计,需要直接截取包含全部模糊像的切片图像,这会增加方位处理数据量,对于实时处理是一个巨大的挑战。因此,文中基于检测后的单模糊目标切片图像,提出了一种处理方法来完成动目标的精确定位。仿真实验表明,所提出的处理方法能够有效减少处理数据量,实现动目标的精确定位。

基于谱压缩的大斜视TOPS BP图像自聚焦算法

在机动平台大斜视TOPS模式SAR成像时,通过使用地平面直角坐标系BP成像算法,能够在短时间内获取地距平面无畸变的宽幅SAR图像,但实际应用中如何对BP图像快速完成运动误差补偿与旁瓣抑制仍是一个难点。针对此问题,提出了一种改进的谱压缩方法,基于此能够快速实现机动平台大斜视TOPS模式地平面BP图像自聚焦等后续操作。首先,考虑到传统BP谱压缩方法仅适用于聚束成像模式,结合大斜视TOPS SAR虚拟旋转中心理论与波数谱分析,推导出了改进的精确谱压缩函数,能够通过全孔径压缩获得无模糊的地平面TOPS模式BP图像频谱。在此基础上,利用相位梯度自聚焦(PGA)能够快速完成全孔径运动误差估计与补偿。此外,基于提出的改进谱压缩方法得到的无模糊对齐BP图像频谱,可以在方位频域统一加窗实现图像旁瓣抑制。最后,通过仿真数据处理验证了所提算法的有效性。

基于多核DSP的星载双基FMCW SAR成像算法实现

调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)降低了传感器的峰值传输功率,使系统的重量和成本最小化,被广泛应用于机载平台。将双基地构型与FMCW技术相结合,应用于星载平台,即构成星载双基地FMCW SAR。本文对距离多普勒(range-Doppler,RD)算法进行改进,建立起一种高性能的适宜星载双基地平台的FMCW SAR成像频域算法,这种算法的处理精度明显提高,成像效果更好。基于多核数字信号处理器(digital signal processor,DSP)构建适用于星载双基SAR成像算法的并行处理架构,完成软硬件设计实现。验证了所提软件架构可以满足实时成像需求,以及算法工程化实现的可行性。

天基ISAR空间目标的去斜回波相参性恢复方法及其基于FPGA的快速实现技术

逆合成孔径雷达(ISAR)具备二维高分辨成像能力,可实现对空间目标的高精度探测和监视。相比于地基ISAR,天基ISAR能够对空间目标进行更灵活、更大范围的探测成像,为实现空间态势感知提供有利支撑。去斜接收回波体制可以大幅降低采样率,减轻系统硬件负担,现有ISAR系统通常采用此种方式。然而在观测时间内空间目标相对于星载ISAR的相对斜距变化大,雷达需要不断改变录取波门以保证对空间高速目标的稳定跟踪,这严重破坏了雷达回波的相参性。同时,星载ISAR相对空间目标的复杂运动几何导致运动补偿精度下降。针对空间目标ISAR成像问题,文中提出了一种去斜回波相参性恢复方法,此方法可以逐脉冲处理回波,能有效恢复不同距离波门的回波相参性,并利用估计的参数对回波进行精确的运动补偿。基于此方法,设计了一种基于现场可编程逻辑门阵列的去斜接收相参性恢复快速实现方案。仿真实验验证了所提方法及其现场可编程逻辑门阵列实现方案的有效性。

基于稀疏恢复的雷达信号处理研究综述

随着雷达目标探测需求的增加,基于压缩感知(CS)模型的稀疏恢复(SR)技术被广泛应用于雷达信号处理领域。该文首先对压缩感知的基本理论进行梳理;接着从场景稀疏以及稀疏观测两个角度介绍了雷达信号处理中的稀疏特性;然后基于稀疏特性,从空域处理、脉冲压缩、相参处理、雷达成像以及目标检测等角度概述了压缩感知技术在雷达信号处理中的应用。最后,对压缩感知技术在雷达信号处理中的应用进行了总结。

基于多源遥感图像多级协同融合的舰船识别算法

针对极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar,PolSAR)图像存在斑点噪声严重、可视性差、直接影响目标识别精度的问题,提出一种基于多源遥感图像多级协同融合的舰船识别算法。通过采用多级协同融合方式,丰富图像的特征量,提高舰船识别精度。所提方法首先进行多源遥感数据的像素级融合,然后在上一步基础上进行特征级融合,最终得到新的目标特征。所提方法充分发挥了不同频段的PolSAR与多光谱图像的信息互补优势,不仅保留了多频段PolSAR对目标的极化散射特征,也保留了多光谱数据的空-谱信息。所提方法在可视性与检测精度上表现都较为出色,与传统的单一遥感数据相比,识别精度至少提高了5.12%。

天波超视距雷达瞬态干扰抑制

天波超视距雷达 (OTHR)电波通过电离层折射作下视探测 ,具有观察距离远 ,观察范围广的特点 .但由于采用HF频段 ,且电波传播环境复杂 ,不仅海 (地 )杂波强 ,而且有很强的干扰 ,如电台干扰、工业干扰、冲击噪声、闪电冲击和流星余迹回波等 .干扰分长时间干扰和瞬态干扰 ,瞬态干扰持续时间短、强度大 .本文首先讨论OTHR接收到的瞬态干扰的特点 ;然后讨论了瞬态干扰的滤除方法 ,即采用特征分解方法滤除海杂波 ,或在频域直接滤除地杂波 ,检测出瞬态干扰的位置后 ,在原始信号中挖除存在瞬态干扰的回波点 ,并用预测内插的方法 ,消除瞬态干扰谱对目标掩盖作用 ,使目标特别是舰船目标能被检测出来 ;最后通过实测数据的检验 .

合成孔径成像激光雷达实验系统设计

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源成像系统,它的一个突出优势是可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的效果。为了研究合成孔径技术在激光波段的相关问题,给出了一种合成孔径成像激光雷达室内实验系统,有效模拟逆合成孔径技术的旋转目标成像技术。首先,概述了旋转目标成像的的基本原理。然后,在分析了系统设计的基本思想和技术难点基础上,改进了已有的室内实验系统,提出了收发镜头分置的系统,有效地克服了端面反射的影响。最后,给出实验系统框图和最终成像效果图,验证了所给系统的有效性和光波波段合成孔径技术的可行性。

分布式小卫星雷达空时频成像方法研究

分布式小卫星雷达的天线面积小,一般小于2m2。根据最小天线面积公式,此时距离多普勒将模糊。分布式小卫星雷达固有的距离多普勒模糊特性,给它带来了不同于常规合成孔径雷达(SAR)成像的新问题。常规的SAR成像实际是基于距离快时间匹配滤波、方位慢时间多普勒处理的时频成像原理。分布式小卫星成像需利用多颗小卫星的空域信息,解距离多普勒模糊后,方可获得较好的成像结果,因此其成像是一个需利用空域信息的空时频成像问题。提出一种空时频成像方法,它是采用低重复频率,使观察距离不模糊,但多普勒模糊情况下,利用分布式小卫星雷达丰富的空域资源,对各多普勒通道分别作空域滤波处理,消除多普勒模糊后,进行成像处理。另外,本文对此分布式小卫星雷达空时频成像方法进行了理论推导、性能分析和仿真检验。

基于调幅-线性调频信号参数估计的机动目标成像方法

逆合成孔径雷达 (ISAR)机动目标成像受到了研究者的广泛重视。在已有的机动目标成像算法中 ,通常假设在综合孔径处理期间 ,各距离单元内各散射回波是等幅线性调频信号。在实际中 ,以上假设仅是近似成立 ,基于此假设的机动成像算法难以得到较高质量的目标图像。本文采用更精确的信号模型——多分量调幅—线性调频(AM— L FM)信号表示实际机动目标的各距离单元回波 ,并提出一种 AM— L FM信号参数估计方法以及快速算法 ,通过估计信号的时变振幅、调频率和初相等参数 ,得到了更高质量的机动目标的动态 ISAR像序列 ,以利于目标识别 ,而且运算量比已有算法要小。

适合于大型平稳和机动目标的成像算法

逆合成孔径雷达成像一般采用距离－多普勒（ Ｒ— Ｄ）成像方法［１］，在这方法中， 距离走动一般不予考虑，实际当目标较大，目标周围散射点通常发生较大的距离走动，我们己经提出一种距离走动校正方法［２］，但是这种方法一股要求散射点分布比较稀疏，且多普勒走动不严重，对于机动目标，这方法就失效了，为此，我们提出，根据低分辨回波或高分辨回波，对目标中心或重心对准聚焦后，在目标数据域通过时间的尺度变换，即通过ｋｅｙｓｔｏｎｅ插值的方法（或者方位向ＤＦＴ—ＩＦＦＴ，或方位向ＳＦＴ—ＩＦＦＴ），校正距离走动，距离压缩后（ＩＦＦＴ），对平稳飞行目标，只需要方位压缩（方位 ＦＦＴ），就可获得目标像，对机动目标，要分距离单元进行时频分析，可以采用已有的瞬时成像方法，获得距离一瞬时多普勒动态像，仿真数据和实测数据的处理表明这种方法是有效的．

一种逆合成孔径雷达成像包络对齐的新方法

有关逆合成孔径雷达运动补偿中的包络对齐问题已有很多讨论,并在实际中得到成功的应用.但是,这些方法均基于运动目标为全刚体,当目标带有游动部件(如螺旋桨飞机),且在一定的视入方向部件有很强的闪烁子回波,这时会使原来的包络对齐方法失效.此外,现有的包络对齐方法运算量较大.据此,提出了基于范数1的包络对齐方法,实测数据表明新方法是有效的.

基于瞬时幅度和调频率估计的机动目标成像方法

逆合成孔径雷达 (ISAR)机动目标成像受到研究者的广泛重视 .在已有的机动目标成像算法中 ,通常假设在综合孔径处理期间 ,各距离单元内各散射回波是等幅线性调频信号 .在实际中 ,以上假设仅是近似成立 ,基于此假设的机动目标成像算法难以得到目标的较高质量的像 .文中采用更精确的信号模型———多分量调幅 线性调频 (AM LFM)信号表示实际机动目标的各距离单元回波 ,并提出一种瞬时幅度和调频率参数估计的快速算法 .通过这些信号参数 ,得到了机动目标的高质量的动态ISAR像序列 ,以利于目标识别 。

基于运动参数估计的SAR成像

运动补偿是SAR成像 ,特别是高分辨成像的关键步骤 .运动参数可由载机的导航仪器测得 .也可通过实测数据估计得到 ,通常将两者结合 .虽然基于数据的运动参数估计已有很多研究 ,并提出许多估计和补偿方法 .但如何结合实际选用适合的方法仍然是个问题 .本文针对实际雷达和运动情况 ,对运动参数作了精确估计和补偿 ,并提出了新的补偿和成像方法 。

用整体最优准则实现ISAR成像的包络对齐

ISAR成像中的包络对齐通常是基于距离像之间的相关性 .本文从目标的散射点模型出发 ,首先通过分析和实验研究表明 ,近角度 (转角变化小于 0 1°)距离像之间具有强相关性 ,但随着转角的增大 ,由于交叉项的影响 ,相关性急剧下降 ,这也表明用相邻相关法作包络对齐 ,会产生漂移误差 ;之后 ,提出了通过在成像所需的距离像中散布选取十多次距离像作平均 ,抑制交叉项 ,就能得到稳定平均距离像 ,它和所有距离像具有强的相关性 ,把它作为相关模板进行对齐 ,能改善对齐效果 ;最后 ,提出整体最优准则包络对齐的迭代算法 。

外场实测数据的舰船目标ISAR成像

有关飞机目标的ISAR成像国内已有较深入的研究。对水面舰船的雷达成像在国防上同样有重要意义,但国内对舰船的ISAR成像的研究,基本上为空白状态。虽然舰船成像与飞机成像在基本原理上没有区别,但由于海水的波动,使舰船的姿态变化比较复杂,有必要作专门的研究。该文是作者利用外场实测数据,针对舰船运动的特殊性,提出基于“Clean”的调幅-线性调频(AM-LFM)信号参数估计的方法,获得舰船目标的距离-瞬时多普勒动态像。

多平台合成孔径雷达成像算法综述

多平台合成孔径雷达(SAR)是合成孔径雷达极具发展潜力的研究方向之一,该文集中讨论了多平台SAR的成像算法,包括机载SAR、弹载SAR和星载SAR平台。该文首先简要阐述了SAR回波模型的建立,包括“斜距模型和成像模式”,然后综述了近年来机载SAR、弹载SAR和星载SAR成像算法的研究进展,并详细阐述了各平台固有的特性以及面临的挑战,最后对未来多平台SAR成像算法研究的发展趋势进行了展望。

电离层电波传播相位污染校正

电离层电波传播相位污染使天波超视距雷达 ( OTHR)接收的回波信号谱扩展。采用合成孔径雷达 ( SAR)成像中的相位梯度算法 ( PGA) [1]来校正相位污染 ,PGA算法要求所处理的各个分辨单元 (这里包括方位和距离单元 )具有相同的相位误差 ,但当对于电离层空间变化剧烈 ,或 OTHR距离和方位分辨率比较粗时 ,相邻单元的相位污染不完全相同 ,这时 PGA方法不适用。针对这种情况 ,考虑相位变化不可能非常剧烈 ,可用低次多项式表示时 ,采用最小熵搜索方法 ,分别校正各单元的电离层相位污染。最后采用我国录取的 OTHR实测数据验证 。