弹载平台聚束SAR成像脉冲重复频率设计

针对弹载平台高速、非水平非匀速直线运动和对目标区域大斜视角观测的特点,对影响脉冲重复频率(pulse repetition frequency,PRF)设计的模糊性限制、发射脉冲的遮掩、天底回波干扰等主要因素进行了详细分析,推导了平台非理想运动和视角状态下最大瞬时多普勒带宽和天底回波可忽略的速度俯仰角范围的简单表达式。提出了一种基于穷举法的聚束合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像导引头PRF设计方法,该方法在同时满足距离和方位上不模糊的情况下,发射最少个数的PRF实现对雷达波束覆盖区域无距离遮挡观测。通过仿真产生的聚束SAR成像导引头弹道,验证了分析的正确性和设计方法的有效性。

滑动聚束SAR成像模式研究

滑动SAR是一种新颖的SAR成像模式,它通过控制辐照区在地面移动的速度来增加方位向相干累积的时间,从而提高SAR方位向的分辨率。该文从成像机理、回波方程、分辨率、天线扫描以及测绘带宽等方面对滑动聚束SAR进行了详细分析,并且给出了滑动聚束SAR的波数域成像算法。通过对条带SAR,聚束SAR,滑动聚束SAR的比较,可以看出条带SAR和聚束SAR都是滑动聚束SAR的一种特例。

弹载聚束SAR平台的PFA算法

高分辨率SAR图像有助于导引头选择目标的关键部位进行精确打击,以扩大毁伤效果。尽管雷达平台在末制导阶段运动非常复杂,但由于天线始终指向目标,可以认为几何场景是聚束模式。而弹载平台的运动与机载平台不同,方位向和距离向都会作非匀速运动。非匀速运动不仅会引起越距离单元迁徙(MTRC),还会导致方位角非均匀变化,从而造成成像结果在距离向和方位向均出现散焦。本文通过对弹载聚束SAR几何场景和运动特点的分析,推导了变速条件下的PFA算法。首先研究了径向运动造成的越距离单元迁徙,并分析了运动补偿精度对成像质量的影响;然后采用SINC插值处理横向变速转动造成的方位角非均匀变化的问题。仿真实验获得良好聚焦的SAR图像,验证了本文方法的有效性。

星载聚束SAR频域极坐标算法研究

介绍了一种与经典时域极坐标成像算法基本思路及实现步骤类似的频域极坐标算法。首先说明了频域极坐标算法原理及实现步骤。然后分析了时域极坐标算法存在残余视频相位误差的原因及其对成像结果的影响。经推导得出频域极坐标算法从根本上避免了该误差。又对两算法带宽进行研究,指出在高精度的星载聚束SAR成像时,频域极坐标算法不存在时域极坐标算法的距离带宽展宽效应。最后利用星载聚束SAR参数进行仿真,证实了该算法较时域极坐标算法的优势。

脉内聚束SAR方位高分辨率宽测绘带成像

针对星载合成孔径雷达(SAR)方位高分辨与宽测绘带之间的矛盾,提出脉内聚束SAR模式实现高分辨宽测绘带成像.建立了脉内聚束SAR模型,分析了脉内聚束SAR回波信号特性,得出脉内扫描技术会导致不同方位子场景上散射点相互叠加引起距离模糊的结论.针对该距离模糊,利用俯仰维多孔径进行空域滤波解模糊;并分析了地形起伏对成像结果的影响.脉内聚束SAR利用脉内扫描获得更长的合成孔径,以此实现高的方位分辨率;同时在采用低脉冲重复频率的情况下,获得宽测绘带,从而实现了高分辨宽测绘带成像.仿真实验结果验证了该方法的有效性.

超高分辨率机载聚束SAR空变运动误差校正

该文分析了机载聚束式合成孔径雷达(SAR)运动误差的空变性,推导了空变的运动误差与聚束扫描角度、照射区域大小及天线下视角等参数之间的定量关系,针对超高分辨率机载聚束SAR成像运动误差空变效应明显的问题,提出一种基于chirp扰动的距离重采样新方法,并结合图像方位分块处理技术构建了比较完善的运动补偿方案,以弥补传统运动补偿方法在超高分辨率机载SAR成像中的不足。最后,用仿真实验验证了方案的有效性。

聚束SAR成像算法中的几种插值方法比较

在高分辨的聚束SAR信号处理中,距离徙动校正是成像的关键步骤.聚束SAR成像算法中通常用插值(或类插值)来完成距离徙动校正.对极坐标算法、距离徙动算法和Chirp Scaling(CS)算法中,常用的截断sinc插值法、FFT补零插值法和线性相位相乘的插值方法进行了研究,推导了各自的插值过程,分析了每种算法的插值精度,比较了它们的运算量.结合计算机仿真结果,得出结论:截断sinc插值法运算量最小,适用范围广,但精度较差;FFT补零插值法,适用范围广,精度高,但运算量最大;线性相位相乘法精度高,运算量居中,但适用范围小.

双站聚束SAR极坐标格式成像算法

双站聚束SAR(Synthetic aperture radar)相对于双站条带SAR可以达到更高的方位分辨率,其成像算法受到越来越多的关注。本文介绍了双站聚束SAR成像几何关系,建立了回波信号模型,从Dechirp后的回波数据域出发,提出了一种适合双站聚束SAR的极坐标格式成像算法。该PFA算法采用斜视坐标旋转及沿视线方向的极坐标插值LOSPI,更好地利用空间域数据,适用于正侧视和斜视模式成像。最后分析了距离弯曲对成像区域的限制,以及残余视频相位误差对成像性能的影响,并将此算法与不进行Dechirp的PFA算法相比较。实验结果表明该方法降低了数据率和运算量,算法有效、可靠。

“一步一停”假设不成立时的星载聚束SAR成像

对于星载超高分辨率合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR),回波生成时通常的"一步一停"假设不再成立,此时,常规的星载SAR成像方法将会造成目标成像质量的严重恶化。在星载SAR精确回波模型的基础上,提出了一种较为简便的、适用于星载超高分辨率聚束SAR成像的方法,该方法通过引入额外的距离徙动校正来补偿由于"一步一停"假设不成立所带来的信号畸变。仿真试验的结果表明,该成像方法能够很好地消除"一步一停"假设不成立的影响,实现精确的星载超高分辨率聚束SAR成像。

一种斜视滑动聚束SAR子孔径处理成像方法

子孔径法是解决滑动聚束SAR成像方位频谱混叠的有效方法,具有内存占用量低、灵活性高的特点。子孔径的划分不仅影响成像质量,还会影响成像效率;但目前子孔径的划分大多采用经验值,理论上并没有给出明确分析。因此在斜视成像过程中,未合理划分的子孔径会导致拼接谱出现"空隙"现象。本文首先介绍了斜视滑动聚束SAR工作模型,分析了其方位多普勒历程,提出了斜视下基于方位频域Scaling的子孔径成像算法。根据相邻子孔径的二维频谱,研究了子孔径频谱拼接的准则,推导了确定子孔径长度与重叠率的解析式,给出了子孔径划分的流程,最后通过仿真实验和实测数据处理验证了子孔径划分方法及斜视下成像算法的有效性。

星载滑动聚束SAR的成像性能

针对星载滑动聚束成像模式SAR,分析了系统方位分辨率和成像带宽提高的基本原理;针对分辨率、成像带宽、系统灵敏度、距离模糊度、方位模糊度等系统关键性能参数,进行了理论分析和研究,并提出了系统灵敏度、距离模糊度、方位模糊度等性能参数的计算方法;进行了计算机仿真,仿真结果证明了所提方法的有效性。

结合Chirp Z变换的聚束SAR极坐标格式成像算法

提出了一种新颖的基于Chirp Z变换(CZT)的极坐标格式成像算法。首先分析了极坐标格式下聚束SAR的回波信号模型,阐述了CZT的基本原理,然后详细推导了利用CZT实现极坐标格式成像的理论依据,给出了成像算法流程及各步骤的具体参数取值,在成像处理中完全避免了插值运算,减少了极坐标格式成像算法的复杂度,最后通过点目标仿真给出了成像结果,验证了算法的可行性和有效性。

基于分数阶傅里叶变换的聚束SAR成像算法

针对聚束式合成孔径雷达(SAR)高分辨率成像的问题,在分析聚束SAR回波信号特点和阐述分数阶傅里叶变换(FRFT)原理及性质的基础上,提出了一种基于分数阶傅里叶变换的聚束SAR成像算法,利用分数阶傅里叶变换对线性调频信号良好的能量聚集性,对聚束SAR回波信号进行方位向处理以提高方位聚焦性能,通过理论推导和仿真数据分析了FRFT方位向处理的算法成像性能,并通过实测数据成像,验证了算法的可行性和有效性。

滑动聚束SAR波束控制研究与设计

本文在分析聚束SAR模式波束控制方式的基础上,指出滑动聚束SAR控制波束始终指向远离成像区域的某个虚拟的焦点,其波束控制方式实际上等同于聚束SAR模式的波束控制。在详细分析虚拟焦点固定的情况下,成像区域中各散射点分辨率的变化以及虚拟焦点到场景中心线的远近对分辨率的影响基础上,给出了一定分辨率下虚拟焦点到场景中心垂直距离的计算公式;然后以0.3m分辨率滑动聚束SAR模式为例,进行了仿真计算,最后给出了0.3m滑动聚束SAR模式在运七飞机上的试验图像。

机载聚束SAR的信号处理技术

聚束SAR是获得高分辨率的重要工作模式,距离上去调频技术是ISAR和小成像带SAR常用的经济有效的方法。本文讨论了聚束模式下距离上去调频信号的回波信号的模型和特点,以及FSA成像算法的基本概念,并将FSA运用于Ku波段飞行试验数据的成像中,获得了高分辨率图像,其几何分辨率达0.5m×0.5m。

姿态稳定度误差对星载聚束SAR成像质量的影响分析

针对当前工程设计中星地一体化指标分解不充分导致工程实现难度增大的突出问题,研究了姿态稳定度误差对星载聚束SAR成像质量的影响;在构建距离向与方位向姿态稳定度误差模型的基础上,分析了成像过程中姿态稳定度误差与成像质量指标之间的定量传递关系.理论分析和仿真结果表明,姿态稳定度误差会引入成对回波,姿态稳定度误差频率越高成对回波离主瓣越远,幅度越大成对回波的幅度越大,成对回波会导致SAR成像分辨率、旁瓣比等指标恶化.研究成果可为卫星方案设计阶段误差分配与指标体系构建提供理论支撑.

利用SPECAN算法的聚束SAR成像处理

讨论了距离向去调频聚束模式SAR信号的回波模型及特点,通过对聚束SAR信号的时、频域关系的分析,给出了适合去调频后的聚束SAR数据的成像算法。该算法结合了SPECAN算法高效和标准条带成像算法精确的优点,首先采用SPECAN算法对原始数据距离向去斜,其次采用距离-多普勒算法实现方位精确聚焦,与传统的距离-多普勒算法相比,成倍地降低处理的数据量,从而可实现聚束SAR的实时成像处理。对Ku波段实际飞行数据采用该算法压缩得到高分辨率的图像,验证了理论分析的正确性和所用方法的可行性。

滑动聚束SAR步进扫描影响分析

滑动聚束SAR系统在实际工作中通过步进扫描的方式来实现天线照射波束在方位向的扫描,然而该扫描方式会在滑动聚束SAR的成像结果中引入成对回波。为分析该成对回波的形成物理机制,建立滑动聚束SAR步进扫描的数学模型,通过泰勒展开和傅里叶级数分析具体解释了成对回波的成因,并给出了成对回波幅度及位置与步进脉冲控制数之间的定量关系。理论分析和信号仿真结果表明,该模型能够准确有效地解释这一现象,并可为滑动聚束SAR的波束扫描系统参数设计提供理论依据。

机载聚束SAR模式波束控制设计与验证

介绍了定点、滑动两种聚束SAR方式的工作原理,在此基础上给出了两种聚束SAR方式下的分辨率、测绘带宽、作用距离等指标分析,针对机载合成孔径雷达常规聚束工作模式战技指标,指出目前机载合成孔径雷达聚束SAR模式设计的关键问题,提出了基于定点、滑动聚束两种方式的机载合成孔径雷达聚束SAR模式波束控制设计方法,最后给出了试验验证情况及典型试验结果,研究结果对于机载合成孔径雷达聚束SAR模式设计具有一定指导意义。

基于改进sinc插值的变PRF采样聚束SAR成像

该文针对周期性变PRF采样高分辨率聚束模式合成孔径雷达(SAR)提出了一种改进的两步成像算法。变脉冲重复频率(PRF)设计可解决固定盲区等问题,是解决星载SAR高分宽幅矛盾的一种有效手段,但变PRF采样会引起频谱混叠和虚假目标等问题。该文从离散非均匀傅里叶变换原理出发,推导改进sinc插值核函数并建立了时域-时域的回波重建方法,将变PRF采样回波重构为均匀采样回波。此外将改进sinc插值与两步式成像算法结合,据此发展出针对非均匀采样回波的改进两步式聚束SAR成像算法,拓展了传统两步式成像算法的使用范围。仿真数据和实际数据处理结果验证了成像算法的有效性和精确性,并且改进sinc插值具备更高的计算效率。