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。

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。

机载视频合成孔径雷达成像技术研究

机载视频合成孔径雷达(ViSAR)工作在太赫兹波段,具有5 Hz以上的无孔径交叠成像帧率。其采用一发四收系统架构,具备合成孔径雷达(SAR)成像、地面动目标检测(GMTI)和干涉合成孔径雷达(InSAR)测高等功能,兼具光学传感器成像速度快以及微波雷达环境与气候适应性好等优势。论文介绍了机载视频合成孔径雷达研究进展,实验表明,其成像分辨率优于0.2 m,合成孔径时间可缩短至0.2 s。利用阴影信息可以对运动目标(如卡车等)进行检测,结合传统的GMTI与InSAR技术,实现对复杂运动目标的成像、跟踪和定位。

合成孔径雷达实时成像视频信号的模拟方法

建立了合成孔径雷达回波视频信号模型,提出了一种用AWG520任意波形发生器生成SAR回波视频信号的方法,并用这种方法模拟了SAR实时成像的回波视频信号.把这种视频信号通过A/D采样送入SAR实时处理机,用来考查SAR实时处理器连续动态成像的性能,如实时性图象拼接、多普勒中心估计、载机运动补偿及SAR前斜视成像性能等.

CPLD在合成孔径雷达目标模拟视频板设计中的应用

本文介绍了一种合成孔径雷达目标模拟视频板卡的设计实例,它采用Altera公司的EMP7128S及MAX+PLUS-II 开发系统实现。由于采用该器件,简化了电路设计,减小了设备体积,同时也使设备的可靠性和设计的灵活性大大提高。

车载平台毫米波雷达三维点云视频成像

针对毫米波雷达由于阵列分辨率限制等因素,其点云成像存在点云密度稀疏、精度低等问题,提出了一种基于合成孔径雷达(SAR)技术的车载平台毫米波雷达三维(距离、方位、俯仰)高分辨点云视频成像方法。首先,利用时域后向投影(BP)成像算法解决近距宽角域成像聚焦难题,获得高分辨二维视频SAR图像;然后,通过基于幅度阈值的复交替方向乘子法压缩感知网络(CV-ADMM-CSNet)获得场景高程信息,通过模型化方法并结合数据训练,实现快速实时高分辨三维成像;最后,结合多帧视频成像处理获得动态三维高分辨点云图像。仿真和实测数据实验,验证了本文算法的有效性。

结合空时上下文信息的视频SAR图像相干斑滤波

作为合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)的一种新体制,视频SAR能够对场景连续成像,在目标检测、跟踪等应用情景有独特优势。然而,相干斑的存在影响了视频SAR图像质量及后续目标检测应用。针对这一问题,提出了一种结合空时上下文信息的视频SAR图像相干斑滤波方法。该方法主要由3步构成:首先构建能表征视频SAR图像距离-方位-时间三维动态散射信息的空时上下文协方差矩阵;其次根据协方差矩阵的相似检验选取一定邻域内目标像素的相似样本;最后根据相似样本进行平均实现相干斑滤波。基于两组实测视频SAR数据开展相干斑滤波对比实验,实验结果表明所提方法能在有效抑制相干斑的同时较好地保留目标细节信息,验证了所提方法的有效性和优势。

基于光电对偶的微波视频成像技术

为解决在严苛环境条件下高分辨率微波遥感的实时成像难题,区别于以DSP为主要处理器的方案,设计了一种基于光电对偶的微波视频成像系统。将合成孔径雷达(SAR)信号调制在激光束上,以光学形式完成主体运算,并通过CCD获取成像结果。该系统具有功耗低、运算延迟小的特点,并兼容现在通用的SAR数字信号处理算法,实现了一个计算以光为主、控制辅助以电为主的处理系统。

基于子孔径ECS算法的天基视频SAR成像方法

针对天基视频合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像中回波数据重叠及实时性要求,提出了一种基于子孔径扩展线性调频变标(Extended Chirp Scaling,ECS)处理的天基视频SAR成像算法。首先提出了大角度聚束视频成像模式下的回波数据分割方法,然后基于重叠率与帧频的要求对回波数据进行子孔径划分,子孔径内部进行ECS成像处理后,在距离多普勒域进行子孔径合成,实现视频成像,从而避免了重叠数据的重复运算,有效提高了视频SAR的成像效率,重叠数据重复运算率由78.1%降为10%,最后通过计算机仿真验证了该算法的有效性。

基于OMP-CADMM的非合作运动人体ViSAR成像方法

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)人体成像技术凭借其高分辨、强穿透、易部署和高安全性,已成为SAR拓展至日常民用领域的关键技术之一.然而现有SAR人体成像方法大多针对固定场景下的静态人体目标进行合作式成像,难以满足开放场景非合作成像应用的需求.为此,本文基于人体运动的块稀疏性与一致性约束,提出了一种面向非合作运动人体的视频SAR(Video SAR,ViSAR)成像方法 .该方法首先结合ViSAR子孔径快速成像技术,简化人体非刚性运动模型,建立非刚性运动相位误差参量模型;随后结合人体运动的块稀疏性与时间连续性,基于正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)稀疏恢复算法估计人体运动相位误差;最后基于一致性交替方向乘子法(Consensus Alternating Direction Multiplier Method,CADMM)优化框架,保留人体目标局部结果的一致性共有特征,从多个局部补偿结果集中优化出人体的全局聚焦成像结果,实现人体的非刚性运动补偿与全局精细优化.实验结果表明该文所提方法可实现非合作走动人体的视频化高分辨精细成像.

基于帧频的星载SAR系统视频成像能力分析

视频合成孔径雷达(video synthetic aperture radar,ViSAR)作为一种微波遥感体制能以摄像式模式对重点区域的时敏目标展开持续性的动态监视,已经受到越来越广泛的关注,但针对视频SAR系统的视频成像能力的分析还不够深入。首先建立了视频SAR回波信号模型,并结合给定的星载SAR系统参数,提出了一种基于帧频的适合分析星载SAR系统视频成像能力的模型,并基于X波段和Ka波段雷达参数对系统进行了仿真分析。研究表明,在形成相同帧率的SAR视频时,SAR系统频率越高,越容易形成独立帧率的SAR视频;在形成相同方位分辨率帧图像的SAR视频时,中心斜视角越大,所需的孔径交叠率越大。研究成果可为星载SAR系统设计提供理论分析支撑。

基于时间信息加权的ViSAR目标阴影跟踪算法

基于目标阴影的跟踪技术是视频合成孔径雷达(video synthetic aperture radar,ViSAR)目标探测的重要手段,但ViSAR数据存在目标特征不明显且随时间不规则变化、相干斑噪声干扰强等问题,使得ViSAR目标阴影跟踪精度较低。为此,提出了一种鲁棒的基于时间信息加权的ViSAR目标阴影跟踪算法。针对目标特征不明显且随时间不规则变化的问题,将尺度自适应均值偏移(adaptive scale mean shift,ASMS)跟踪算法引入到ViSAR目标阴影跟踪中,同时在ASMS算法的背景比例加权(background ratio weighted,BRW)技术中添加历史帧的特征,并对尺度正则项进行时间信息加权修正,来对目标特征进行整合。针对相干斑噪声干扰强的问题,对ASMS算法加入局部中值滤波操作的预处理步骤,在不增加计算量的同时平滑了噪声。在对两类ViSAR数据集上不同尺寸、不同运动状态的目标阴影的跟踪实验结果表明,与现有高性能跟踪算法相比,所提算法在保证了实时性的基础上提高了跟踪精度,且不需要额外的训练样本,具备较好的工程应用价值。

天基视频SAR系统设计及成像算法研究

视频合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种新型微波遥感体制,能够实现对热点区域动态目标的持续监视,目前对视频SAR的研究主要集中在机载平台的视频SAR系统,未对天基视频SAR系统设计及成像算法展开深入研究。文章设计了一种基于双站模式的天基视频SAR系统,其中以静止轨道SAR卫星作为发射源,并利用低轨SAR卫星接收目标区域的回波信号。研究了视频SAR成像性能与各主要工程参数间的关系,并提出一种适用于天基视频SAR的成像算法,该算法能够有效解决双站天基视频SAR成像中大斜视角应用与数据重叠等问题,成像结果正确反映了运动目标的散焦、移位现象,同时静止目标取得了良好的聚焦效果。

GEO-LEO双站视频SAR系统若干问题研究

视频合成孔径雷达(SAR)作为一种新型的微波遥感体制,能够实现热点区域的持续监测。文中提出了一种基于GEO-LEO双站模式的天基视频SAR系统,其中发射源位于地球静止轨道,低轨卫星顺序接收目标场景回波信号实现对场景的持续视频监测,基于该双站模式建立了回波信号模型;同时,提出了天基视频SAR成像过程中回波数据分割与重叠率的计算方法;最后,分析了该天基视频SAR系统的几何分辨率。文中的研究成果可以为天基视频SAR系统的构建提供参考。

大斜视直升机载太赫兹ViSAR振动补偿成像算法

太赫兹视频合成孔径雷达(ViSAR)载波波长短,直升机载平台的微小高频振动将引起回波信号相位的显著变化,进而严重恶化ViSAR的成像性能。本文在建立斜视ViSAR平台振动成像几何模型的基础上,提出了大斜视模式下的振动相位误差补偿成像算法。该算法结合运动补偿原理,将斜视成像侧视化处理,然后采用改进的多普勒Keystone变换方法在二维频域校正由平台振动引起的距离单元徙动,最终在距离多普勒域实现振动相位误差补偿。仿真结果验证了该算法的有效性。

视频条件下SAR仿真

分析了合成孔径雷达信号处理过程,在视频条件下使用VC++6.0与SimuLink结合构建了机载合成孔径雷达仿真系统软件,采用RD算法实现了点目标成像仿真,与在中频条件下相比速度上具有显著的优势.

太赫兹雷达技术发展与应用

利用太赫兹雷达进行探测和成像具有全天时、分辨率高、多普勒敏感、抗干扰和反隐身等独特优势,具有广阔的应用前景。文中首先介绍了太赫兹雷达发展的几项关键技术,包括电子学器件、收发阵列、成像算法等;其次,归纳了国内外太赫兹雷达成像系统的研究状况,并简要阐述了太赫兹雷达在安防安检、无损检测、军事领域和气象测云方面的应用;最后,对太赫兹雷达技术的未来发展进行了展望。

基于深度学习的ViSAR多运动目标检测

视频合成孔径雷达(ViSAR)在地面动目标检测和感兴趣区域(ROI)的动态监测方面具有巨大的潜力。对地面运动目标的检测与跟踪一直是ViSAR的研究热点。针对现有基于深度学习的ViSAR动目标检测方法存在的依赖预训练模型,模型迁移难等问题,本文提出了一种基于深度学习与多目标跟踪(MOT)算法的ViSAR动目标阴影检测方法。该方法首先设计了一种从零开始深度学习的网络模型,实现动目标阴影的单帧检测。为了提高检测性能的鲁棒性,采用了基于卡尔曼滤波和逐帧数据关联的多目标跟踪算法跟踪动目标。实测数据处理结果表明该方法具有良好的检测性能。

国内首款太赫兹雷达研制成功

2018年12月17日,记者从中国航天科工二院23所获悉,由该所研制的我国第一部太赫兹视频合成孔径雷达进行了飞行试验,成功获取国内首组太赫兹视频合成孔径雷达影像成果。太赫兹雷达成像系统能弥补光学、红外、传统雷达等对慢速动目标探测的不足,提高合成孔径雷达(SAR)图像的可判读性。

基于低秩与稀疏分解的VideoSAR散射关键帧提取

视频合成孔径雷达(video synthetic aperture radar,VideoSAR)的超长相干孔径观测使得区域动态信息的快速浏览极其困难。为以机器视觉方式自动捕捉地物散射消失-瞬态持续-消失-瞬态持续-消失的关键帧变化全过程,提出了一种子孔径能量梯度(subaperture energy gradient,SEG)和低秩与稀疏分解(low-rank plus sparse decomposition,LRSD)相结合的VideoSAR关键帧提取器。提取器为系列性通用架构,适用于任何SEG和LRSD系列方法相结合的形式。所提技术首要针对同时单通道、单波段、单航迹等有限信息条件的解决途径,有助于打破应急响应场景中难以采集多通道、多波段、多航迹或多传感器数据的应用局限性。基于实测数据处理和多种先进LRSD算法进行了对比验证,其代表性散射信息的充分提取可促进未来快速地理解并浓缩区域动态。