星载滑动聚束SAR成像模型误差校正方法研究

合成孔径雷达(SAR)滑动聚束模式是介于传统条带模式和聚束模式之间的成像模式。该文针对高分辨率宽覆盖星载滑动聚束SAR合成孔径时间和一次成像时间均较长的特点,分析了由此引发的传统等效距离模型精度不足以及模型参数沿方位向时变性显著的问题。借鉴机载SAR运动补偿理论,提出了利用星载滑动聚束SAR"非匀速直线运动"引起的到虚拟转动点距离误差来校正方位时变模型参数的方法,并相应给了判断是否需要校正的依据;针对校正后数据中孔径内残留的等效距离模型三次误差,提出了在多普勒域内的统一补偿的方法;结合上述模型误差校正方法,重新定义了滑动聚束DCS算法中的CS因子,给出了处理流程。最后,用计算机仿真实验验证了模型校正方法的有效性。

结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理

低频机载UWB SAR实现高分辨成像需要大积累角和长孔径,实时成像面临大数据量和大运算量的挑战;此外,较长的孔径时间内载机运动比较复杂,增加了实时运动补偿的难度。本文讨论了机载UWB SAR实时成像的子孔径NCS算法,分析了其降低数据量和提高成像精度的改进措施;然后讨论了基于运动测量数据的实时运动补偿方案,利用实时PRI调整补偿前向运动误差,并在实时成像流程中嵌入视线运动误差补偿环节。在上述分析的基础上,提出了结合子孔径NCS算法和运动补偿的机载UWB SAR实时处理流程。最后,给出了实际飞行实验中机载UWB SAR的实时处理结果,证明本文所提流程可以满足机载UWB SAR处理实时性以及处理精度的要求。

UWB机载SAR方位空变误差精确补偿方法

超宽带SAR高分辨成像需要较大的方位积累角,在宽波束情况下,机载平台的侧向扰动误差相对不同方位波束的目标存在较大的差异,即误差在存在方位空变性。成像过程中方位空变误差补偿非常困难,严重影响成像质量。本文提出了一种新的方位空变误差精确补偿方法,该方法利用回波方位谱与波束方位角的对应关系,采用DFT变换和运动误差补偿相结合,在回波方位谱形成时对不同方位角目标的误差精确补偿。经过仿真和实测试验数据验证,该方法在较大运动误差环境下,能有效补偿方位空变误差。结果证明该方法可以实现超宽带SAR的精确成像。

星载-机载混合BiSAR方位向空变特性的分析

在非等速条件下,双基地SAR(BiSAR)在方位向具有空变的特点。首先,建立星载-机载混合BiSAR的几何模型。利用卫星、飞机和目标之间的运动关系,在时域上推导出方位向空变量的数学表达式。然后,运用Taylor多项式展开的分析方法,总的方位向空变量可以分解为4个空变分量之和。此外,还详细分析了各阶空变分量对点目标冲激响应函数的影响。仿真结果表明,零阶空变分量和一阶空变分量必须加以校正和补偿,才能得到与参考目标相同的成像效果;而二阶空变分量和三阶空变分量对距离压缩后信号的包络和相位的影响是可以忽略的。

机载SAR方位空变补偿算法

当载机的理想航迹与实际航迹存在偏差时,方位上分布不同的目标对应的运动误差历程具有方位空变性。结合传统子孔径频域补偿的思想,提出了一种新的方位空变误差精确补偿方法。该方法采用时域卷积替代频域点乘,在回波方位的慢时间域逐点对不同时刻、不同方位角目标的运动误差进行精确补偿。经仿真和实测数据验证表明,本文所提方法可在精确补偿方位空变误差的同时,能有效克服传统补偿方法存在的方位栅瓣问题,并具有运算复杂度低、利于工程实现的优点。

一种方位时变GEO SAR成像处理新算法

针对地球同步轨道合成孔径雷达(GEO SAR)回波模型的距离空变和方位时变问题,提出一种基于改进距离-多普勒(RD)和方位向调频尺度变换(CS)的成像算法。首先引入四阶泰勒展开模型解决成像中存在的弯曲轨迹问题,然后对传统RD算法进行改进,补偿距离空变,最后对方位时变进行建模,通过方位向CS补偿方位时变,使GEO SAR能够进行更大场景的成像。结合天基雷达先进仿真系统(SBRAS)进行仿真,验证了该算法的有效性。

一种新的高分辨SAR自聚焦方法

在合成孔径雷达(SAR)自聚焦中,采用多子孔径相位梯度自聚焦(PGA)算法估计子孔径相位误差(SPE),以及采用图像偏置(MD)方法估计相邻子孔径(SA)图像之间的多普勒频移。信号相位历程的方位空变性,不仅会降低SPE估计的精度,并且会使得图像偏移估计是有偏的。为了提高估计精度,提出了一种新的高分辨SAR自聚焦方法。采用方位空变PGA(APGA)算法准确地匹配了方位空变的信号相位历程,提高了SPE的估计精度。运用方位子孔径图像插值的MD方法(IMD),直接消除了相邻子孔径间方位空变的固有偏移,从而解决了估计中的偏差问题。然后将SPE用估计得到的多普勒偏移拼接,以获得精确的全孔径相位误差。对原始回波数据补偿相位误差和距离误差之后,采用传统的成像算法得到高分辨SAR图像。实测数据分析验证了该算法的有效性。

Azimuth space-variant properties of BiSAR with nonequal velocities

Bistatic SAR possesses characteristic of the azimuth space-variant when the velocities of transmitter and receiver are not equal. The geometric model of BiSAR with the parallel trajectories and the nonequal platform velocities is presented. Analyzing the motion relationship of transmitter and receiver, the formula of azimuth spacevariant is derived in time domain. Via Taylor polynomial expansions, the azimuth space-variant is factorized by four terms： zero-order, first-order, second-order, and third-order term. And, their impacts on impulse response are illuminated. Some characteristics about azimuth space-variant of airborne BiSAR case are exhibited by simulation experiments, and these simulated results are coincident with the formulae of azimuth space-variant.

基于空变分离的两步聚焦双基曲线合成孔径雷达成像

针对任意构型曲线运动轨迹双基SAR严重的二维空变问题,建立斜距的空变分离等效模型,并在此基础上提出一种两步聚焦处理方法。在距离频域-方位时域对回波进行非空变相位补偿,以完成距离走动矫正和Deramp处理,实现粗聚焦。第一步聚焦后的剩余相位是与点目标位置有关的空变部分,接着在距离向引入Keystone变换,并在方位向通过多普勒参数的最小二乘拟合和方位重采样较好地补偿空变相位误差,完成精确聚焦。仿真结果表明:所提空变分离的斜距等效模型具有较高的精确性;两步聚焦处理算法有效地解决了曲线双基合成孔径雷达的二维空变和强耦合问题,提高了边缘点的成像性能,具有较大的成像区域和较广的使用场景。

多子阵SAS方位空变运动补偿子孔径算法

为解决方位空变的侧摆和偏航误差存在情形下合成孔径声纳的快速运动补偿与成像问题,提出一种多子阵合成孔径声纳方位空变运动补偿子孔径算法。首先,建立运动误差存在情形下的双程距离历程模型,并利用泰勒级数展开对双根号形式距离历程进行近似;然后,利用子孔径运动补偿和单基等效处理,将含有方位空变的侧摆和偏航误差的多子阵回波数据转换为理想的单阵回波数据;最后,利用经典的单阵频域逐线成像算法,实现快速运动补偿和高分辨成像。仿真实验与实测数据成像结果均验证了所提算法的有效性。