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。

合成孔径雷达高分辨率成像虚拟仿真实验平台设计

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)系统组成复杂,搭载于飞机、卫星等运动平台上才可实现数据获取,难以开展基于SAR雷达实物的实验教学。为解决此问题,设计并搭建了SAR高分辨率成像虚拟仿真实验平台。该虚拟仿真实验平台将系统设计技术、实验设计技术、数据采集过程、信号处理技术、图像评估技术等SAR实验的完整流程进行了高展示度、高保真度、高交互性的计算机模拟。一方面,该虚拟仿真实验可以帮助学生理解SAR设计、工作和应用的流程,巩固相关课程基础知识,激发学习雷达信号处理知识的兴趣;另一方面,可以考查学生对相关知识的综合应用能力,增强学生解决实际问题的技能。该仿真平台已成功应用于虚拟仿真教学课程实践,教学效果良好,对培养新工科技术型人才具有重要意义。

合成孔径雷达在深空探测任务中的应用与发展趋势

合成孔径雷达以飞机、卫星等运动物体为载体,具备全天候、全天时观测能力,俨然成为一种高效的遥感探测手段,在深空探测、军事侦察、地形测绘、灾害监测、农林生长监测和洋流观测等众多领域广泛应用。对几个国外深空探测器携带的SAR系统的技术状态、科学目标和探测成果进行了梳理,并作出了相应的比较分析,希望能够对中国未来深空探测任务提供一定的帮助。同时,对未来深空探测星载SAR发展趋势进行分析,星载SAR逐渐向着高分辨率、多参数、多模式、多基成像和轻量化等多方面发展,终将在更丰富的应用领域中发挥重要的作用。

圆弧式地基合成孔径雷达在边坡变形监测中的应用

边坡变形监测是防止滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的有效途径之一。圆弧式地基合成孔径雷达是一种非接触式的新型地表形变监测设备,具有高分辨率、高频率、高精度、全方位、全天候实时监测等优点,更能有效地满足边坡变形监测的全面性和连续性要求。为了验证该设备在边坡变形监测中的效果和精度,本文采用两种便携圆弧式地基合成孔径雷达系统进行测试。测试结果表明,两种设备均能快速、全面地获得整个边坡的形变情况,具有较高的分辨率和亚毫米级的监测精度,且能实时发出预警,是一种全面高效的边坡变形监测手段。

空天基合成孔径雷达多域抗干扰技术综述

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是现代雷达技术发展的主要成就之一,具有全天候、全天时、高分辨率的特性,广泛应用于空基及天基各类平台。现代战场电磁环境日趋恶劣,电子战装备可以在多维度产生高强度、多样式和有针对性的电子干扰,极大制约了SAR作战效能的发挥,如何提高SAR抗干扰能力已成为当前国内外该领域研究热点。本文探讨了SAR常规抗干扰思路和优缺点,并以雷达信号发射和信号接收两个方面为主线,围绕空域、时域、频域、能量域、极化域以及数据处理域等多域,结合仿真和试验数据分析了典型空天基SAR抗干扰方法的实施效果,最后分析其未来的发展趋势,为以后的相关技术研究提供参考。

视频合成孔径雷达技术发展现状综述

视频合成孔径雷达(video synthetic aperture radar,ViSAR)由于能够连续观测目标区域的变化,在许多领域得到了广泛的应用。首先梳理了国内外ViSAR相关的研究动态,分析了ViSAR高帧率成像以及动目标阴影形成的原理;然后系统地阐述了国内外ViSAR系统及其处理技术的研究进展,对成像算法、运动补偿算法以及动目标检测与跟踪技术等方面的研究进展进行了梳理和总结;最后总结了目前ViSAR相关的发展,并对未来ViSAR技术的潜在研究方向进行了展望。

基于星载合成孔径雷达图像交叉谱的全球海浪特征研究

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)因其全天时、全天候的观测能力,为全球海洋动力环境要素研究提供了重要数据支撑。然而,SAR海浪成像是非线性过程,现有理论中的近似求解会导致海浪谱反演的信息缺失。SAR图像交叉谱技术的提出一定程度上突破了这一限制,能够很好地量化海浪谱特性及海浪传播方向。本研究延续前人系列成果,利用最新提出的面向径向海浪的图像谱强度,开展不同尺度海浪随局地风速的变化趋势分析,并基于雷达视向图像谱强度提取了谱峰波数,进而结合欧洲空间局环境遥感卫星先进合成孔径雷达波模式在开阔大洋获取的近400万景SAR图像,分析了谱峰波数的全球分布特征,为量化全球风浪耦合过程提供新视角,揭示了海浪与风速耦合关系的空间分布与季节变化规律。

X频段星载合成孔径雷达与船载雷达系统共存研究

依据《无线电规则》和《中华人民共和国无线电频率划分规定》第5.476A款要求,9GHz频段卫星地球探测业务(有源)不得对同、邻频的水上无线电导航和无线电定位业务台站、无线电导航台站、固定业务电台等产生有害干扰,亦不得要求这些台站提供保护。本文主要评估X频段星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar Satell,简称SAR卫星)与船载雷达系统的干扰共存问题。研究表明,SAR卫星对同、邻频的水上无线电导航系统存在一定概率的干扰,且干扰的大小超出了水上无线电导航业务系统的干扰协调门限。因此,SAR卫星使用X频段时,需要评估对水上无线电导航业务系统的干扰。

舰船目标的合成孔径雷达成像研究

合成孔径雷达(SAR)成像技术已得到广泛应用。传统距离-多普勒(RD)算法在SAR成像中无法满足精度较高、运算率较小的需求,而线频调变标(CS)算法基于RD算法引入线性调频参考信号,可有效避免距离徙动校正中的插值计算,从而提高成像算法的计算效率,解决距离迁移问题。文中基于CS算法,从点目标拓展到简单立方体模型,最后对复杂舰船目标进行仿真成像,得到较为清晰的SAR仿真图像,验证了CS算法的有效性,可为复杂目标的辨别监测、反演研究,以及判断舰船航行方向及状态等提供一定的参考。

融合合成孔径雷达和光学影像的土地覆被分类方法研究

由于城市地物类型的复杂性和多样性,一般的土地分类体系类型简单,局地气候分区分类体系能够得到多类型精细化分类。因此,本文基于高分二号光学影像(GF-2)和合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像,以局地气候分类体系为理论基础,通过构建土地利用类型样本库,借助随机森林和神经网络分类器,得到2020年兰州市城区的精细化土地利用类型;最后通过构建建筑成像几何关系模型自动识别阴影,校正分类结果。结果表明,2020年兰州市城区土地利用类型以建筑用地和林地为主,其占比达到占69.6%;分类方法中神经网络分类器的分类精度优于随机森林,精度可以达到95.3%,Kappa系数为0.94,但随机森林在计算速度及波谱信息差异较小的地方分类精度较高;融合GF-2和极化SAR数据能够更好地改善混分问题,而产生错分的主要原因是高低层土地类型形态和光谱特征的混淆;最终自动识别的阴影类型面积约为4.4 km^(2),提升分类精度0.5%~1.2%。研究成果可为复杂下垫面的城市土地利用精细化分类提供方法支持和城市热岛效应研究提供基础数据。

基于深度学习的合成孔径雷达图像目标检测方法

基于深度学习的方法逐渐在合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像目标检测任务中得到运用。SAR图像目标远距离、大视场成像条件下造成小目标特征提取困难,同时军事领域需要获取高精度的SAR图像目标尺寸信息。为解决上述问题,提出了基于YOLOv5的改进SAR图像目标检测算法。首先针对复杂场景下小目标与近岸目标的漏检与虚警问题,引入注意力机制并探究不同注意力模块对SAR图像目标检测效果的影响。其次针对SAR图像目标密集排列特性,建立基于有向框的目标检测算法,实现目标的旋转角度预测。最后在SAR舰船检测数据集(SAR ship detection dataset,SSDD)上开展对比实验,结果表明,注意力模块的嵌入能够有效提升2.5%的检测精度,相比常规水平检测框,有向框对偏斜程度高和排列密集的目标具有更强的检测能力。

基于迭代自适应的短孔径逆合成孔径雷达成像方法

针对合成孔径时间短、逆合成孔径雷达数据成像质量差的问题,本研究提出一种基于迭代自适应恢复缺失数据(missing-data iterative adaptive processing approach,MIAA)的短孔径数据的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)超分辨率成像方法。该方法利用MIAA对ISAR回波数据的方位向进行扩展,从而增加数据的方位向长度,提高成像质量。仿真和实测均表明该方法能够有效扩展回波数据的方位向长度,提高短孔径条件下的成像质量。

天基逆合成孔径雷达脉内脉间运动补偿及高分辨成像

近年来,太空态势感知在军用和民用领域都得到了越来越多的关注。天基逆合成孔径雷达(SBISAR)能够实现对空间目标的高分辨成像,支撑部件提取、姿态估计、类型识别等后续任务,是太空态势感知的重要工具。然而,在SBISAR成像场景下,平台与空间机动目标间存在复杂的相对高速运动,传统距离-多普勒成像方法不再适用,必须进行运动补偿。本文针对高速径向速度下传统“停—走—停”模型失效、长相干积累时间内目标转速不一致的两个典型误差来源,分别设计了脉内运动及脉间运动补偿算法。首先,建立SBISAR成像的信号模型。然后,基于最小熵准则构建参数估计代价函数,通过估计目标对应回波信号的调频率,构造补偿项进而实现脉内补偿。同时,建立图像熵代价函数,在估计转动参数后,完成对目标转动的空变相位补偿。所提算法有效解决了天基高速机动背景下传统距离-多普勒成像方法的距离像展宽、方位散焦问题,实现了SBISAR对空间目标的高分辨成像。通过基于仿真数据的实验分析,验证了所提算法的有效性。

强风化长雨季条件下矿山GNSS与合成孔径雷达技术的适用性研究

中国南部地区特别容易发生滑坡事故,主要由于表土风化和强降雨引发,对矿业生产带来不良影响。因此,急需采取有效监测和预警措施。近年来,合成孔径雷达技术迅速发展,并已应用于替代GNSS对矿山边坡进行表面位移监测。本研究以珠江水泥石灰石矿山为例,验证了在强风化长雨季条件下,GNSS与合成孔径雷达技术在矿山边坡监测方面的适用性。对比分析结果显示:两者记录的边坡位移变形趋势一致,为滑坡演化提供了关键信息;然而,GNSS需要更密集的本地观测网络以提供更准确的位移评估和滑坡风险控制;合成孔径雷达技术在特殊气象和地理环境下的应用需要特定的处理工具进行一定程度的校正。

合成孔径雷达遥感土壤盐碱化监测应用综述

土壤盐碱化是一个重要的环境指标,直接反映了土地质量和生产力。本文综述了合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)技术在土壤盐碱化监测中的应用,强调了其在农业可持续发展和生态安全中的重要性。介绍了土壤盐碱化的背景和传统监测方法的局限性,详细阐述了SAR遥感技术的特点及其在土壤盐碱化监测中的应用(后向散射特征、极化特征),并展望了未来研究方向,以提高SAR技术在土壤盐碱化监测中的效能。

合成孔径雷达图像与可见光图像配准方法综述

合成孔径雷达(SAR)图像与可见光图像之间存在大量互补特性,二者的综合利用能够提供更丰富的信息。由于SAR图像与可见光图像之间存在多种差异,作为信息融合的基础,两种图像的配准问题成为当前亟待解决的难题。通过对SAR图像与可见光图像的配准方法进行梳理和总结,根据配准过程对专家先验信息的依赖程度及是否具有训练、学习过程这两个角度,将SAR图像与可见光图像配准方法分为基于特征的方法和基于深度学习的方法两大类,并对两类方法的关键技术进行分析,重点阐述了基于几何特征的配准和深度学习的配准,然后介绍配准结果的通用评价指标以及常用的成对的SAR图像与可见光图像数据集,最后总结目前SAR图像与可见光图像配准仍然存在的问题并展望未来发展趋势。

基于合成孔径雷达数据的农作物长势监测研究进展

[目的/意义]农作物长势监测能及时提供农作物的生长状态信息,对于加强中国作物生产管理、确保国家粮食安全具有重要的意义。卫星遥感技术的发展为大面积的作物长势监测提供了契机。然而,在雨热同期的作物生长旺季,光学遥感数据的获取经常受到天气的限制。因此,近年微波雷达遥感技术受到了广泛重视。[进展]梳理了利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)数据进行农作物长势监测的国内外研究现状,从农作物长势SAR遥感监测指标、农作物长势SAR遥感监测数据和农作物长势SAR遥感监测方法3个方面对基于SAR数据农作物长势监测研究进展与标志性成果进行总结。在分析常用于农作物长势监测的方法及其适用性的基础上,对它们在长势监测中应用情况进行分析。[结论/展望]提出了4个国内外SAR监测农作物长势所存在的问题:1)基于SAR数据的农作物长势监测方法研究整体较少;2)微波散射特征挖掘不够,特别是对极化分解参数的长势监测应用研究还有待深入;3)针对农作物长势监测中的雷达植被指数相对较少,其应用尚未得到充分发挥;4)基于SAR散射强度的农作物长势监测主要采用经验模型,难以推广到不同地区和类型的农作物上。最后,展望未来的研究应聚焦于挖掘微波散射特征、利用SAR极化分解参数、发展和优化雷达植被指数以及深化散射模型来监测农作物长势。

W波段机载视频合成孔径雷达系统

合成孔径雷达(SAR)能够全天时全天候工作,在对地遥感领域具有广泛和深入的应用。视频SAR将SAR成像获得的空间维度信息拓展到时-空维度,可以获取更加丰富的遥感信息。传统SAR频段较低,导致合成孔径时间长,数据计算量大,高帧频输出难度很大;而低频段太赫兹波对目标细节感知能力强,合成孔径短,特别适合于微弱目标的视频感知。本文设计了一种工作在W波段的视频SAR系统,采用收发分置连续波固态前端体制,输出峰值功率1 W,最大发射带宽可达1 GHz;采用极坐标格式算法(PFA)结合GPU架构实现高帧率低延时成像。仿真试验表明,系统成像分辨力可达0.15 m,成像帧率约5 Hz。

基于卷积注意力的逆合成孔径雷达成像方法

近年来,卷积神经网络由于其强大的特征提取能力和对数据的灵活表达,已成功应用于逆合成孔径雷达(ISAR)的稀疏成像。然而常规的卷积神经网络对于特征给予相同的权重,缺乏聚焦重要信息和抑制冗余信息的能力,导致成像效果欠佳。为了解决这个问题,提出了基于卷积注意力的逆合成孔径雷达成像方法,在网络中加入卷积注意力模块,在通道和空间两个维度上进行特征细化,提高网络对于特征的表达能力,并且可以在残差连接中减少原始特征中的伪影干扰,提高成像质量。实验结果表明,基于卷积注意力的成像方法可以重建高质量ISAR图像,且相较于全卷积神经网络成像方法具有更好的成像效果。所成图像熵值从0.355 9降到0.221 2,证明了所提方法的有效性。

地基合成孔径雷达在露天矿边坡监测预警中的应用

地基合成孔径雷达边坡监测预警系统集成了步进频率连续波和图像干涉测量技术,可以有效提高露天矿边坡监测的精度和灵活性。以某露天煤矿边坡监测应用为例,介绍了地基合成孔径雷达边坡监测预警系统的原理、参数和优势;分析了监测到的边坡形变位移和形变速度曲线。