SAR原始回波信号生成算法的性能比较研究

该文介绍了距离时域脉冲相干法、距离频域脉冲相干法和二维频域快速傅氏变换法3种SAR原始回波信号生成算法的基本原理和计算步骤,重点从误差分析、时间估计以及空间估计等3个方面对这3种算法进行了深入量化的比较研究,并利用X波段SAR系统参数实现了3种算法的仿真实验。理论分析及实验结果均表明,第3种算法不仅算法描述简明高效,可实现性强,而且所得的结果数据精度也较高,是一种较为实用的SAR原始回波信号生成算法。

POS数据在机载干涉SAR运动补偿中的应用

提出了一种利用高精度的定位定向系统(POS)数据,在SAR成像阶段实现机载干涉SAR运动补偿及图像配准的成像处理方法。该方法针对机载干涉SAR系统的双天线雷达数据对的特点,在成像阶段直接利用高精度的POS数据完成干涉SAR图像对的位置误差补偿、干涉相位误差补偿以及自动配准等过程。实际处理结果表明,该方法可以有效地提高机载干涉SAR的图像质量,改善复图像对之间的相干性,非常适用于机载双天线干涉SAR雷达数据的成像处理过程。

机载毫米波InSAR测绘困难地区地形测图实践

干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)已成为获取高精度数字正射影像图(Digital Orthophoto Map,DOM)和数字表面模型(Digital Surface Model,DSM)的关键技术之一,其不受天气状况的影响,可以全天时、全天候进行数据获取.机载双天线毫米波In SAR不受失相关的影响,具有小体积、高分辨率、机动灵活等特点,可以实现大尺度、高精度成像.本研究利用机载双天线毫米波InSAR通过干涉批处理、区域网平差、地理编码、图像拼接镶嵌等步骤生成了贵州施秉试验区(丘陵、山地)和四川邛崃试验区(高山地)高精度的DOM与DSM,并利用地面控制点(GCPs,Ground Control Points)进行了精度验证,验证结果表明获取的DSM精度符合1∶5 000地形图绘制要求,表明了机载双天线毫米波InSAR具备生成不同地形的DOM/DSM的能力,为解决困难地区DOM/DSM数据缺失问题提供了新的技术手段.

一种实用的合成孔径雷达自聚焦算法

该文提出了一种实用的改进型自聚焦算法--迭代平移相关法。与原来的平移相关法相比,该改进型算法通过适当的迭代运算,并结合新的估计加权因子和窗宽自动选择功能,可在初始速度误差较大的情况下获得更为准确的估计值。理论分析及试验结果表明,迭代平移相关法可以在运算量增加不大的情况下获得更可靠的速度误差估计结果。

基于非极大值抑制的圆目标亚像素中心定位

圆形目标在基于图像的测量系统中应用广泛,针对圆目标中心的高定位精度和快速提取的要求,提出了一种基于非极大值抑制的亚像素中心定位方法。该方法利用Sobel算子进行边缘检测,通过改进非极大值抑制方法获取连续细化的边缘,实现了像素级边缘定位,采用Zernike正交矩对边缘点进行亚像素级定位,并用最小二乘法进行二次拟合来获取精确的标志点的中心坐标。仿真图像和实测图像的实验结果验证了该方法的有效性和准确性,其定位精度可以达到0.02像素,通过测试算法的运行时间,证明该算法具有很好的实时性。

机载双天线干涉SAR非线性近似自配准成像算法

为了提高机载双天线干涉SAR系统的干涉处理速度而又不损失配准精度,该文提出了非线性距离向ECS自配准成像算法。该算法通过对两天线视角不同引起的路径差的非线性近似,在成像处理阶段实现了干涉图像对在距离向的高精度自配准。该算法在产生干涉相位时较传统算法在保持较高配准精度的情况下显著提高了运算速度。本文通过对仿真数据、实际数据的处理以及系统参数对算法配准精度影响的仿真分析,证明了该算法的有效性。

一种机载干涉SAR区域网平面定位算法

平面定位就是获取SAR图像中每个像素点的地理坐标。在平面定位时,需要对相关参数进行定标,以保证精度。该文从平面定位的几何关系出发,通过线性化平面位置误差,提出了基于敏感度方程的平面定标算法。在此算法基础上,又提出了多场景联合平面定标算法,该算法利用相邻场景之间的同名点信息,能够实现稀少控制点条件下的大区域平面定位。实测数据处理结果表明,在少量控制点情况下,该文算法的平面定位精度优于传统的多项式模型和距离多普勒模型。

基于毫米波多基线InSAR的雷达测绘技术

机载毫米波InSAR具备不受光照限制、测绘幅宽大、测绘精度高的特点,近年来随着其技术的不断发展和完善,逐渐成为一种被广泛关注的测绘手段。在针对小型飞行平台的高精度毫米波InSAR系统设计中,InSAR基线构型、多基线配置、外部数字高程模型(DEM)参考及InSAR处理流程是系统设计的核心。该文分析了机载毫米波InSAR系统中基线参数对干涉高程测量的影响,提出基于一体化天线吊舱的毫米波多基线InSAR系统设计思路,在此基础上提出基于时域成像算法的毫米波多基线InSAR测高处理流程。最后,实测数据实验验证了该文给出的机载毫米波多基线InSAR系统及其干涉数据处理方法在大比例尺测绘任务中的可行性和有效性。

一种机载双天线InSAR基线动态测量方法

机载双天线InSAR系统两个天线非刚性连接时,为保证高程测量精度和成像质量,必须对干涉基线进行动态精密的测量。该文研究了一种基于单相机和激光测距仪组合的动态基线测量方法,通过分别测量两个天线的中心位置和姿态,得到干涉基线长度和基线角。论文对该方法进行了原理性研究和地面验证实验,实验通过可精确控制轨迹的运动平台模拟天线运动,实验结果表明该方法在8m摄影距离处位置测量精度优于0.2mm,姿态角精度优于70″,是动态测量干涉基线的有效方法。

基于多普勒域多通道的机载合成孔径雷达自聚焦算法

在多通道自聚焦(MCA)和傅里叶域多通道自聚焦(FMCA)的基础上,该文提出一种基于多普勒域多通道的机载合成孔径雷达自聚焦算法。该算法同样是直接在线性代数的理论框架下推导得到,能够在不迭代的情况下进行相位误差的估计和补偿以实现SAR图像的聚焦。该算法不像MCA和FMCA那样在图像域估计相位误差,而是在距离压缩方位多普勒域(方位未压缩)里进行相位误差估计。同时该算法不需要SAR成像场景中含有低散射区的假设,从而使其能够应用于条带模式SAR。不同情况下条带SAR数据的处理结果验证了该算法的有效性和可行性。

一种基于短时傅里叶变换的机载SAR自聚焦算法

短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)是研究非平稳信号最为广泛使用的重要方法。该文在讨论了利用STFT对线性调频信号(LFM)进行滤波以及调频率估计后,提出一种基于STFT的机载SAR自聚焦算法。该算法首先利用STFT对影响SAR图像质量的主要相位误差二次相位误差(QPE)进行估计和补偿,然后在残余相位误差估计时利用STFT对时变信号进行滤波以提高信杂比(SCR)。仿真和实测数据的处理结果验证了该文算法的有效性。

机载干涉SAR运动补偿中地物目标定位误差的影响分析

在基于IMU/GPS测量数据的运动补偿方法中,IMU测量误差和地物目标定位误差导致不准确的相位补偿量,从而引入残余运动误差。该文针对机载干涉SAR运动补偿中地物目标定位误差的影响,建立了在斜视条件下由地物目标定位误差引入的残余运动误差的数学模型,分析了导致地物目标定位误差的系统采样延时误差、多普勒中心频率误差和参考DEM误差对残余运动误差的影响,重点讨论了参考DEM误差对干涉SAR图像质量、干涉相位和相干系数的影响。该文的讨论结果为机载高精度SAR和重轨干涉SAR数据处理中运动补偿精度提供了理论基础。

基于距离约束的InSAR长基线高精度动态测量方法

为了获得高精度的高程信息,干涉SAR系统需要采用长基线结构,进而要求对长基线进行高精度的动态测量。该文针对单相机和激光测距仪组合基线测量系统,提出了一种新的基于距离约束的基线联合动态解算方法。该方法通过对空间后方交会模型增加距离约束条件,实现了对双天线干涉基线的高精度测量。论文对该方法进行了原理性分析和地面实验验证,该方法在约50 m的摄影距离处基线长度测量精度优于1 mm,姿态角精度优于60",实验结果验证了该方法的有效性和可行性。

一种用于距离维复杂空变多普勒SAR成像的改进运动补偿方法

沿距离维复杂空变的多普勒对SAR成像质量有很大影响,常规的距离多普勒(RD)算法处理结果容易出现明暗交替现象,图像可视性较差。通过在方位预滤波和方位脉冲压缩时,沿距离块/门估计或者计算多普勒频率,在方位预滤波和方位脉压时把窗函数根据多普勒频率沿方位移动,能有效解决明暗交替现象,但是这种处理方法无法改善距离近端或远端的聚焦效果。基于上述问题,该文提出一种改进的运动补偿方法,通过沿距离维分块进行运动补偿和走动校正,把沿距离空变的多普勒校直,然后进行方位脉压处理。所提方法处理结果没有明暗交替现象,图像沿距离维连续完整,可视性较好,同时在远离距离中心处还具有良好的聚焦效果。实测数据处理结果验证了该算法的有效性。

机载毫米波InSAR应用于复杂山区测绘精度分析

本文阐述了毫米波InSAR测绘的基本原理,用之于气象条件差的复杂山区进行DOM、DEM测绘,介绍了运用的基本过程。并对其生产的DOM、DEM进行精度检测和分析,成果完全满足1∶5000比例尺精度要求。同时提出了今后改进建议,有望把测绘成果精度提高到1∶2000及以上比例尺的要求。

基于PCI和FPGA的InSAR基线测量实时采集系统

针对双天线干涉SAR基线测量系统数据量大、实时性要求高和体积小的特点,设计并实现了一种基于FPGA+PCI的实时数据采集存储系统.系统基于PCI总线技术,采用FPGA和大容量SDRAM对采集数据进行控制和缓存,利用多个硬盘组成的磁盘阵列进行实时存储,实现了CCD相机和激光测距仪与PCI总线间的高速数据实时传输.对系统进行了功能和性能测试,测试结果表明,系统数据吞吐量大,实时性强,性能稳定,能够有效地满足基线测量系统的需求.

基于成像和相干信息的InSAR图像同名点提取方法

对于重叠区域较小的相邻两条带SAR图像,严重几何畸变使得难以直接提取同名点(Tie Points,TPs)。该文基于InSAR图像成像信息和相干信息提出一种新的同名点提取方法。该方法首先根据成像信息对原始图像进行仿射变换,然后利用光学影像特征匹配的方法获得同名点,最后以相干系数图为导引对同名点进行筛选。通过对实际InSAR数据(重叠区域<15%)的处理,该方法不仅能够自动提取同名点,而且提取的同名点满足高精度的干涉测图要求。同时使得一幅高精度正射图像由5个条带减少到3个条带拼接,大大降低了测图作业量和测图成本。

一种适用于双天线InSAR系统的成像定位算法

针对机载双天线InSAR系统实用化测图问题,提出一种将目标定位至数据获取几何的成像算法.该算法可以高效结合自配准处理.相对于将目标定位至零多普勒几何的传统算法,该算法优势在于减少了后续干涉处理过程三维定位的计算量,且成像算法效率与传统算法一致.该算法尤其适用于实用化机载双天线InSAR系统.

改进的形态学干涉图滤波方法

在干涉合成孔径雷达滤波中由于去噪的同时会对干涉条纹产生平滑效应,导致干涉条纹细节信息丢失。针对这一问题,基于数学形态学原理,提出了一种改进的自适应梯度形态学重建滤波方法。首先,引入相位图像矢量化可有效保护相位条纹连续性。其次,改进自适应梯度估计方法,优化线结构元素选取以保护相位的细节信息。最后,结合改进的形态学开闭操作和基于膨胀及腐蚀的形态学重建操作对干涉图进行滤波处理。仿真和实测数据实验结果表明,该算法在有效去噪的同时,有较好的相位保持特性。

基于四阶累积量的机载多基线SAR谱估计解叠掩方法

叠掩问题是SAR成像处理的一个技术难点,在机载多基线SAR系统中,传统的谱估计解叠掩方法受到非均匀基线和基线数目少的限制,使得其在解叠掩过程中的散射点高度向测量误差大、分辨性能差。针对以上问题,该文将4阶累积量统计特性用于传统的谱估计解叠掩方法中,利用4阶累积量的盲高斯性和非均匀阵列的虚拟阵列扩展性能,结合传统的Capon, MUSIC谱估计方法,能在有效去除高斯噪声的同时,提高叠掩处各散射点的高度向测量精度及分辨率。仿真和实测数据实验证明了该文方法的有效性。