基于ADMM算法的机载太赫兹SAR成像高频振动补偿

太赫兹波具有频率高、波长短的特点,因此相对于传统的工作在微波波段的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR),太赫兹SAR具有高成像分辨率,并在视频SAR、慢动目标检测等方面具有显著的优势。但与此同时,太赫兹SAR也对雷达平台的高频振动非常敏感。对于机载太赫兹SAR,由于气流和载机自身飞行特性的影响,载机存在高频振动,会造成回波信号的相位误差,并使成像结果出现鬼影目标和散焦现象,严重恶化成像质量。为了实现聚焦成像,需要对机载太赫兹SAR的进行高频振动补偿。不同于现有的将高频振动建模为多个简谐运动之和形式的算法,本文提出了一种基于交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers,ADMM)的高频误差补偿方法,无须对高频振动进行建模,可以补偿更复杂的高频振动相位误差。首先通过对接收到的回波信号使用方位向快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)得到粗聚焦的图像,然后将振动补偿问题转化为图像的l1范数最小化问题,引入辅助变量构造目标函数并使用ADMM算法求解。在ADMM算法迭代过程的每次循环中,利用图像熵最小化准则对相位误差进行更新。最后利用估计得到的相位误差构造相位补偿信号,用于补偿太赫兹SAR回波信号的相位误差。对点目标和分布式场景的仿真实验结果验证了该方法的有效性,且在低信噪比条件下也能获得聚焦良好的图像。

太赫兹视频SAR多普勒中心估计方法

受外界因素影响,机载合成孔径雷达(SAR)的飞行航迹与理想状态相比往往存在偏差,同时平台导航系统精确度有限,故需要从回波数据中精确估计多普勒中心频率,从而进行距离走动校正。多普勒中心估计误差决定了距离走动的校正精确度,从而决定了合成孔径成像方位压缩效果,是影响SAR成像质量的关键。在机载太赫兹成像雷达系统中,对运动补偿精确度的要求达到了亚毫米级,从而对多普勒中心估计误差提出了更高的要求。传统的多普勒中心估计方法在正侧视或小斜视模式下具有良好的效果,但在具有一定斜视角的模式下往往偏差较大。为了在多模式下有效完成太赫兹视频SAR距离走动校正,本文基于实测数据结果,从传统的包络估计方法出发,探究了一种改进包络估计的多普勒中心估计方法。通过比较,本文所提出的改进包络估计方法在对太赫兹视频SAR正侧视模式回波数据的多普勒中心估计上与另外两种传统方法都具有很高精确度,但在本文所提方法扫描模式下对97%的图像都作出了较为精确的估计,精确度与鲁棒性明显高于另外两种传统方法。结果说明了本文所提出的多普勒中心估计方法具有更好的鲁棒性、更高的效率。这一工作有助于高频段SAR多模式下的成像研究。

运动误差对太赫兹圆迹SAR成像质量影响分析

太赫兹圆迹合成孔径雷达(SAR)结合了太赫兹波和圆迹SAR技术,比传统的直线SAR具有更高的成像分辨力,在雷达领域拥有广阔的应用前景。雷达实际运动中存在的运动误差将导致成像聚焦差、旁瓣升高和分辨力下降,是影响雷达成像质量的重要因素,在太赫兹圆迹SAR中,雷达的成像质量受运动误差的影响是各个方位向的运动误差共同作用的。为了分析运动补偿时所需达到的精确度,建立了太赫兹圆迹SAR的运动误差模型,定量分析了运动误差存在时目标的峰值下降系数,并根据峰值下降系数分析了运动误差对成像质量的影响,包括分辨力、峰值旁瓣比(PSLR)和积分旁瓣比(ISLR)的变化,同时通过仿真验证了分析的正确性。

太赫兹合成孔径雷达的运动补偿

太赫兹波是电磁波由毫米波向更高频的自然延拓,该频段展现出诸多与传统频段微波迥异的物理特性,使得太赫兹雷达在成像分辨力、成像帧率等性能指标上有望取得突破性的进展。目前,太赫兹合成孔径雷达(SAR)的研究引起了国内外军事界和学术界的极大关注。经分析,太赫兹SAR与传统SAR在多方面存在不同,其中最为重要,也最为关键的区别是运动补偿的处理。虽然运动补偿是所有频段SAR需要谨慎处理的关键技术,但太赫兹SAR的运动补偿显得尤为关键——由于太赫兹波长极短,对常规微波频段SAR影响几乎可以忽略的雷达平台高频微小振动对太赫兹SAR的影响必须得到精细的处理。首先简要介绍常规SAR的运动补偿处理,然后分析不同类型的运动补偿误差对太赫兹SAR成像的影响,重点分析了高频振动误差的影响,并借鉴振动目标成像的思路,提出振动平台太赫兹SAR的运动补偿解决方案,最后通过数值实验验证了本文所提出的振动补偿方法。