城市搜索与救援队(USAR)后勤保障能力提升——以中国救援队(CSAR)土耳其地震国际救援任务为例

2023年2月6日,土耳其连续发生2次7.8级地震,中国救援队赴土耳其执行国际救援任务。在为期11天的人道主义救援行动中,中国救援队成功营救出6名幸存者。此次国际救援行动后勤保障工作发挥了重大的作用,保障救援行动的顺利开展,同时发现了存在的问题。本文通过土耳其地震救援行动对后勤保障工作总结了经验和做法,促进保障工作不断改进、完善,并对后勤保障能力提升提出几点建议。

基于CSAR成像的相干斑统计模型研究

圆迹SAR是近些年发展的一种全方位高分辨率新型雷达成像模式。通过一次圆形航迹获得的360°多角度图像能够解决传统SAR无法获取全方位数据的问题,在目标识别、区域检测和3D重建等应用上提供了更为有效的技术途径。该文通过传统SAR图像的统计模型,在假设每个子孔径影像均匀区域独立且服从伽马分布条件下分别建立圆迹SAR中相干累加、非相干累加和取子孔径最大强度值法这3种图像合成方法的统计模型,分析3种方法对图像相干斑的影响,分析结果表明非相干累加具有最好的降斑效果,取最大强度值也能在一定程度上降低相干斑。

FMCW CSAR成像多普勒频移的校正方法

调频连续波圆周合成孔径雷达(FMCW CSAR)不满足"一步一停"模式,载机运动引起的多普勒频移对大场景高速运动情况下的成像影响明显。FMCW CSAR与直线SAR不同,运动速度方向的不断改变使得原有的直线SAR补偿函数不再适用。针对此问题,建立了精确接收信号模型,推导了CSAR的多普勒频移,分析了运动半径和速度对多普勒频移的影响并提出了一种新的补偿函数对其进行多普勒频移补偿。仿真证明该函数有效校正了多普勒频移,实现了大场景高速运动下的良好聚焦成像。

基于目标CSAR回波模型的SAR自动目标识别算法

基于模板的SAR目标识别需要存储海量的目标模板,给识别系统的设计和算法效率的提高都造成了严重的困难,而基于模型的方法克服了上述问题,并已成为下一代目标识别算法研究的热点。该文提出的基于圆周SAR(CSAR)回波模型的识别算法,从目标的3维CAD模型出发,利用弹射线原理构建目标的CSAR回波,并通过在线实时预测目标聚束SAR图像来完成识别。同传统的基于散射中心模型的算法相比,利用CSAR回波的算法不仅预测结果准确,而且算法简单高效。仿真实验验证了算法的有效性,并比较了相关算法的优缺点。

基于冲激体制的CSAR波数域三维成像算法

研究通过雷达获取精确目标问题,对冲激体制下的圆迹合成孔径雷达(CSAR)三维成像及其分辨率计算的问题进行了研究。为提高识别率利用一种波数域算法对探测区目标进行了二维层析成像,将得到的二维图像序列利用等值面重建技术进行了三维成像,然后根据CSAR信号的时频特性以及模糊度函数和分辨率的关系,推导了体制下目标的水平分辨率和高度分辨率的解析表达式,并进行了计算机仿真和实测实验。通过仿真证实了分辨率计算公式的有效性;通过和BP法实测结果进行比较,证实了波数域三维成像算法有效性。

频谱外推技术在毫米波CSAR成像中的应用

近年来圆轨迹合成孔径成像(CSAR)成为SAR成像领域的一个研究热点,同时超分辨频谱外推技术能够有效改善SAR图像的聚焦质量。针对频谱外推技术在近场毫米波CSAR柱面成像中的应用进行了研究,将频谱外推算法与传统的波数域算法相结合,旨在提升SAR图像的聚焦效果;仿真点目标结果表明基于频谱外推技术的改进算法可以明显改善点目标的分辨率、峰值旁瓣比、积分旁瓣比指标;在室内基于矢量网络分析仪与高精度转台搭建了近场测量系统获得实测回波数据,通过雷尼熵评价指标衡量成像结果,结果表明基于频谱外推技术的改进算法成像结果优于传统成像算法的结果。

一种近距离宽带CSAR成像系统通道均衡方法

在传统的外部参考校准方法基础上,提出了一种利用校准金属板成像实现近距离宽带毫米波CSAR三维成像系统中多通道幅度和相位均衡的方法。该方法分为两步完成毫米波天线阵列的幅度和相位校准。首先,采用外部参考的校准方法,利用校准金属板来完成天线阵列的幅度和相位粗校准,然后,借助空间频率内插的波前重构算法完成对校准金属板的三维空间重构,通过三维空间散射数据切面图的自聚焦来修正天线阵列的相位实现相位的精校准。通过搭建的近距离毫米波CSAR三维成像系统,验证了该通道均衡方法的可行性和有效性。

可结合CSAR时域成像处理的改进PGA方法

以后向投影算法(Back Projection,BP)为代表的时域类成像算法能够适用于复杂轨迹下的雷达图像重建,且具有精确成像能力。然而,这类算法的成像过程往往不满足结合传统自聚焦算法的条件,从而限制了其对实测数据的成像性能。针对这个问题,本文提出了一种可结合圆周合成孔径雷达(Circular Synthetic Aperture Radar,CSAR)时域成像处理的改进相位梯度自聚焦算法(Phase Gradient Autofocus,PGA)。首先,基于CSAR的成像几何,推导了运动误差形式;在此基础上建立了运动误差条件下的BP成像处理信号模型;接下来,提出了可结合CSAR时域成像处理的改进PGA算法,并给出了详细的处理流程;最后,利用实测数据成像处理结果证明了理论分析的正确性和所提算法的有效性。

基于子孔径的FMCW CSAR快速圆卷积成像算法

调频连续波圆周合成孔径雷达(FMCWCSAR)波数域成像算法中大孔径成像会导致目标散射系数发生变化,从而不能聚焦成像。针对此问题,提出了子孔径FMCWCSAR快速圆卷积成像算法,并利用非均匀傅里叶变换代替插值以提高成像效率。同时分析了FMCWCSAR多普勒历程,对子孔径划分原则进行了理论推导,给出了满足子孔径选取的表达式,通过仿真分析验证该算法能够有效避免波数域算法与子孔径难以结合的问题,结果表明,在该孔径内能较好地成像,而超过该子孔径范围,难以实现良好的聚焦成像。

基于NUFFT的FMCW CSAR圆柱面场景成像波数域算法

针对调频连续波圆周合成孔径雷达(FMCW CSAR)传统波数域算法对圆柱面场景成像时插值的精度直接影响成像质量且计算量较大的问题,提出了一种基于非均匀傅里叶变换的FMCW CSAR圆柱面场景成像的波数域算法,基于雷达到目标点的斜距按照四阶泰勒级数展开推导出了FMCW CSAR波数域回波信号,并在此基础上利用二维非均匀傅里叶变换代替插值功能较好地实现了聚焦成像。

CSAR:新“家”要有新气象

美国空军为其重要的战斗搜救(CSAR，Combat Search and Rescue)任务的归属问题找到了“新家”。在此之前，美国空军内部曾为此争论不休。

救援队伍开展国际救援行动的实践与思考——中国救援队土耳其地震灾害国际救援工作综述

2023年2月6日,土耳其东南部连续发生两次7.8级强震,造成重大人员伤亡和财产损失。应土耳其政府请求,经报党中央、国务院,习近平总书记亲自批准,应急管理部派出中国救援队赴土耳其执行救援任务。此次土耳其地震应急救援是应急管理部成立以来第一次执行地震灾害国际救援,也是中国实施国际救援任务中最困难的行动之一。中国救援队于2月7日至17日赴土开展了为期11天的人道主义救援行动,成功营救出6名幸存者,赢得了土耳其政府和人民的高度赞誉,展现了中国救援队精神风貌、专业技能和职业素养,促进了中土友谊,体现了大国责任担当,以实际行动践行了国际人道主义精神和人类命运共同体理念。

基于圆迹SAR的目标方位散射特征提取研究

人造目标多数具有各向异性,即目标在不同的方位向角响应不同,此特性可用于人造目标的识别与分类等,而圆迹合成孔径雷达能够获得目标的全方位信息,因此本文基于圆迹合成孔径雷达提出回波反演的方法,提取目标点的回波信号强度与相位随方位向的变化曲线,并定义方位向特征:散射持续角、回波信号响应峰值与峰值散射方位角。依据方位向特征可实现人造目标识别与自适应成像,文中已通过微波暗室实验与机载实验数据定性的证明了方法的有效性与应用的可行性。

基于改进三维后向投影的多圈圆迹SAR相干三维成像方法

圆迹SAR(CSAR)因其特殊曲线运动轨迹而具备3维成像能力。单圈CSAR理论上可以获得距离方位平面亚波长级的分辨率,但是高程向分辨率却很低。同时,利用后向投影(BP)算法进行CSAR 3维成像的算法复杂度高,成像效率低。该文提出一种基于改进3维后向投影的多圈CSAR相干3维成像方法,针对现有成像算法时间复杂度高的问题,提出一种构造几何插值核的CSAR改进3维后向投影算法,可将3维插值操作转化为1维插值操作和距离向量搜索操作,通过多圈CSAR改进3维后向投影成像结果相干积累的方式得到最终3维图像。该文所提方法可有效解决单圈CSAR 3维成像高程向分辨率低的问题,改善3维成像细节,同时能够大幅降低CSAR 3维成像时间。仿真圆锥目标和美国空军实验室GOTCHA数据3维成像结果验证了该文所提方法的有效性。

一种基于图像域相位误差估计的圆迹SAR聚焦算法

残余运动误差是影响高分辨率圆迹SAR图像获取的首要原因。该文针对回波数据域信杂比较低、相位误差跨距离分辨单元的问题,提出了一种基于图像域估计相位误差的圆迹SAR聚焦算法。该方法首先对强点目标图像进行加窗截取,然后从图像中重建回波估计方位向的相位误差,计算距离向徙动误差,最后通过对回波数据补偿相位误差完成跨距离分辨单元的徙动矫正和方位向聚焦,获取高质量的圆迹SAR图像。仿真和实际数据处理结果验证了该方法的正确性和有效性。

一种基于极化圆周SAR图像的陆上桥梁提取方法

桥梁作为重要的人造目标,一直都是合成孔径雷达(SAR)图像解译的重要对象之一。目前针对桥梁检测问题已开展了较多研究,核心思想是:首先提取出河流水体,然后再根据河流与桥梁的位置关系检测桥梁。然而,已有的桥梁检测方法依赖于河流提取,很难实现陆上桥梁检测。因为陆上桥梁下方的背景不再是河流,而是陆地,其散射特性、形状分布与河流不同,不能采用传统的水体提取方法来检测陆地背景,进而无法利用桥梁的位置先验知识定位桥梁。针对该问题,该文提出了一种基于极化圆周SAR(CSAR)图像的陆上桥梁检测方法。首先,利用观测场景的圆周极化熵(CPE)实现疑似桥梁目标与陆地背景的分离(该实验中桥梁的CPE均值为0.4018,陆地背景的CPE均值为0.7819,两者具有明差别);然后,根据地物目标的极化熵方差特征和桥梁尺寸特性,抑制虚假目标;最后,根据桥梁的几何特征实现陆上桥梁的准确提取。该文所提方法解决了传统桥梁检测方法需要基于河流提取结果才能实现桥梁检测的问题。机载L波段极化CSAR实测数据处理结果证明了所提方法的正确性、有效性和实用性。

地球同步轨道圆迹SAR研究

该文介绍了地球同步轨道圆迹合成孔径雷达(Geosynchronous Circular SAR,Geo-CSAR)的概念,通过设计同步轨道的轨道参数,可以形成近圆的卫星相对地球轨迹,使SAR载荷的凝视成像模式成为可能,实现对地的大面积定点连续观测以及真3维信息获取;研究分析了Geo-CSAR的成像能力,指出其在瞬时覆盖度、连续观测范围及3维精确定位方面,具有现有低轨星载SAR无法比拟的优势,是实现全球不间断覆盖的有效途径之一,在军事侦察、灾害监测方面具有重要的应用前景。

圆迹SAR运动误差分析及补偿技术

圆迹合成孔径雷达(circular synthetic aperture radar,CSAR)可以对感兴趣的区域进行全方位、长时间观测,同时获得高分辨的图像。CSAR长合成孔径时间和宽波束角的特点,导致其回波相位具有复杂的距离空变性和方位空变性,无法直接运用传统运动补偿算法。详细分析了该成像模式下雷达的三维位置误差对回波包络和相位的影响,将Chirp-Z变换引入到包络误差的空变性补偿中,提出了CSAR距离和方位空变的运动补偿方法。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。

基于圆迹干涉SAR的DEM提取

圆迹干涉SAR具有对场景目标进行全方位观测测量的优势,为了满足高分辨率圆迹SAR成像对高精度的场景数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)的需求,该文提出了一种基于圆迹干涉SAR数据的高程估计方法。首先推导了采用后向投影(Back Projection,BP)算法时的圆迹干涉SAR信号模型,然后给出了基于圆迹干涉SAR处理的场景DEM提取流程,最后通过仿真实验验证了所提方法的有效性。

圆迹SAR子孔径图像序列联合相关DEM提取方法

利用圆迹合成孔径雷达(circular synthetic aperture radar,CSAR)子孔径图像序列提取观测场景地形高程模型(digital elevation model,DEM)时,为了利用保持相关性的一段圆弧内所有子孔径图像之间的相关性信息、提高DEM提取精度,提出了联合相关法。该方法以保持相关性的一段圆弧内所有子孔径图像之间的联合相关系数作为测度函数,提高了测度函数灵敏度。同时,通过将子孔径图像序列向三维空间投影以校正其几何形变,提高了子孔径图像序列间的相关性。实测数据处理结果及分析验证了所提方法的有效性和精确性。