一种基于级数反演的机载圆迹环扫SAR成像算法

较之传统的直线条带SAR模式,圆迹环扫SAR作为一种新的成像模式,能够在短时间内对较大的区域进行快速观测。但是由于其特殊的圆弧飞行轨迹的影响,目标回波信号的2维频谱难以有效获得,从而给后续成像处理带来困难。针对这个问题,该文提出一种基于级数反演法的圆迹环扫SAR成像算法。该方法利用多普勒频率的展开式反演出驻相点展开式系数,进而获得信号的2维频谱,从而有效地实现距离脉冲压缩和距离徙动校正。该方法可通过对两个级数展开式阶数的选取自由控制频谱的精度,利于成像分析及后续处理。最后,点目标的仿真对比结果表明该算法的有效性。

环视SAR几何失真校正误差分析及补偿技术研究

环视合成孔径雷达(circular-scan SAR)主要用于在导弹精确末制导中进行景象匹配,成像几何精度对最终的目标定位至关重要。由于GPS/IMU测量误差的存在,使得环视SAR在采用基于GPS/IMU的成像几何失真校正方法进行校正后图像仍存在一定的失真。该文分析了环扫天线扫描角度误差和天线相位中心(APC)位置测量误差对成像几何失真校正的影响,并针对环视SAR的特点提出了有效的基于数据的运动参数估计方法。实测数据处理结果验证了分析的正确性及补偿方案的可行性。

环视SAR成像处理中的几何失真校正算法

环视合成孔径雷达(SAR)图像用于导弹精确末制导中的景象匹配处理,需要满足几何精度的要求。校正由雷达平台不规则运动和天线圆周扫描导致的图像几何失真,是环视SAR成像处理中的关键步骤。文中在利用线性距离多普勒算法生成子图像的前提下,提出了一种基于像源与像点映射关系的距离多普勒域图像几何失真校正算法。该算法无需复杂的坐标系转换计算,实现了360°范围内任意波束指向上SAR子图像几何失真校正。地面点目标仿真和实测数据成像结果证明了该算法的有效性。

一种适用于大场景圆迹环扫SAR的改进CS成像算法

在宽测绘带圆迹环扫合成孔径雷达(CSSAR)中,目标斜距表示形式复杂,测绘带内距离徙动(RCM)变化剧烈均给成像处理引入难点。针对上述问题,根据圆迹环扫SAR平台的运动特性,使用高阶逼近的方法建立圆弧曲线模型下的回波信号斜距方程,并以导出的二维频谱高阶近似解析表达式为基础,考虑大场景下的距离徙动空变问题,对空变的斜距历程进行详细的分析,并提出了一种适用于大场景圆迹环扫SAR的改进线性调频变标(CS)成像算法。仿真结果说明,曲线模型的斜距方程精度较高,该算法能够精确校正空变的距离徙动,对较大场景取得了较好的成像效果。

基于环扫天线的多模式SAR实现方法

本文探讨了基于环扫天线的多模式合成孔径雷达,这种雷达能够实现环扫模式、条带模式、双侧视条带以及聚束模式。文中阐述了这种合成孔径雷达各种工作模式的特点,分析了主要的系统工作参数设计要求和实现方法。计算机仿真结果表明基于环扫天线的多模式SAR是可行性的。

调频连续波圆迹环扫SAR成像方法

由于调频连续波(frequency-modulated continuous-wave,FMCW)雷达具有重量轻,成本低,高分辨等优势,在圆迹环扫合成孔径雷达(circular scanning synthetic aperture radar,CSSAR)快速广域成像方向具有较大的应用前景。针对CSSAR信号特点以及该模型下FMCW信号所引入剩余二次相位误差,提出了一种适用于FMCW-CSSAR的成像方法,该方法充分考虑了CSSAR高阶斜距近似的特点并对相应的剩余二次相位误差进行补偿,实现了精确成像。最后,点目标的仿真实验验证了所提算法的有效性。

圆轨迹环视SAR成像处理

圆轨迹环视合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)是一种能够实现广域观测的新模式合成孔径雷达,由于它特殊的运动轨迹,直线SAR的成像算法不能直接应用于圆轨迹环视SAR数据处理。然而,对于圆轨迹环视SAR系统而言,其响应函数具有"沿角度维平移不变"的特性。因此可以利用这一特性,借鉴条带SAR成像算法的思想,在频域研究圆轨迹环视SAR数据的成像方法。推导了圆轨迹环视SAR回波信号的精确二维频谱表达式,并在距离多普勒域给出了一种圆轨迹环视SAR成像方法。仿真实验验证了算法的有效性。

广域观测圆轨迹环扫SAR成像模式研究

圆轨迹环扫SAR是一种能够实现广域观测的新模式合成孔径雷达,具有高时空分辨率、短重访周期、广域成像的特点,特别是对于低速运动平台,能在短时间内实现对大面积区域的快速观测,观测效率高。该文建立了圆轨迹环扫SAR的运动模型,进而得到SAR回波信号距离模型,在此基础上分析了圆轨迹环扫SAR的信号多普勒特性以及方位分辨率特性,最后探讨了圆轨迹环扫SAR的成像处理方法。计算机仿真结果验证了该文分析结论和成像方法的正确性,圆轨迹环扫SAR是一种可行的广域观测成像模式。

基于冗余计算约简的环扫SAR回波多GPU快速模拟

环扫SAR作为一种特殊工作模式雷达,在对地观测方面有着广泛应用。随着分辨率提高及测绘带宽增大,对环扫SAR成像精度提出了更高的要求。而快速的海量回波模拟方法能够对高精度成像算法设计、研究提供有力的支撑。本文给出一种基于多GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)的环扫SAR回波模拟方法,并在此基础上进行冗余计算优化,通过MPI(Message Passing Interface,消息传递接口)在多GPU上进行了实现,实验结果表明在使用4块GPU的条件下,经过冗余计算约简,并行效率提高2倍以上,硬件成本降低50%,相对传统CPU串行仿真提高350倍左右。

基于回波信号的环视SAR成像运动参数估计

环视合成孔径雷达(Circular-scanning SAR)主要用于在导弹精确末制导中进行景象匹配,而雷达的运动参数是实现精确制导的关键因素之一。运动参数可以由GPS和IMU直接测得,也可以通过从实测数据中估计得出。由于环扫SAR雷达平台具有运动速度快、非匀速运动和大斜视等特点,因此对多普勒参数估计精度要求比较高。而由现有GPS和IMU测得的雷达运动参数由于具有较大误差一般很难满足成像精度要求,因此本文将两者结合针对实际雷达和运动情况,对运动参数作了精确估计和运动补偿,以适应环扫SAR高分辨率成像和精确制导的要求。仿真数据处理的结果表明,该方法能准确地实现上述参数估计,从而显著提高了环视SAR系统输出图像的质量。实测数据则证明了该方法具有很强的实用性。

宽测绘带星载环视扫描SAR成像方案研究

环视扫描合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)可以实现广域观测,但测绘带宽受到最小天线面积的限制,对此提出了一种宽测绘带星载环视扫描SAR成像方案。该方案引入了ScanSAR的波束扫描思想,在雷达天线作圆锥扫描的同时,由近及远地对多个距离子带进行分时扫描。给出了天线在这种扫描方式下的驻留时间分配准则,分析了成像参数间的依赖关系。基于子孔径成像、几何失真校正和图像拼接的一系列成像算法对该宽测绘带方案进行了点目标和面目标仿真实验,结果表明在保证成像质量的前提下,测绘带宽能得到显著的增加。

基于信号的环视SAR成像参数估计方法

环视合成孔径雷达(SAR)是一种新的雷达成像模式,其成像结果的图像质量与成像参数的精度密切相关,特别是雷达平台实际运动速度的不精确测量会严重影响图像质量。该文针对环视SAR成像模式的特点,提出了一种基于雷达回波信号的平台运动速度和天线扫描角度估计方法。该方法借鉴了多波束多普勒导航技术的基本思想,建立了新的数学模型和方程组表达式,并在实际处理中以最小二乘为准则实现了参数搜索和最佳逼近。仿真数据处理的结果表明,该方法能准确地实现上述参数估计,从而显著提高了环视SAR系统输出图像的质量。

圆周扫描地基SAR频域三维成像算法

圆周扫描地基SAR(GBCSAR)是一种具备三维成像能力的地基SAR系统,其运动轨迹特殊,给三维成像带来难度。后向投影(BP)算法适用于该系统成像,但其计算量巨大,难以实现实时成像。应用于机载圆迹SAR成像的频域算法由于机载圆迹SAR与GBCSAR系统在成像模型和信号模型上都存在差异,因此无法应用于GBCSAR。因此,本文提出了一种针对GBCSAR的频域三维成像算法。本文在GBCSAR系统模型的基础上,推导信号由斜距平面转换到成像平面的解析表达,在频域进行匹配滤波,实现信号的聚焦。之后对本算法的适用条件进行讨论。最终经过仿真实验,本文提出的算法得以验证,并对本文算法与BP算法的成像质量和成像效率进行对比,证明本文提出的频域成像算法可以实现高效成像。

圆周扫描地基SAR地形表面提取辅助的三维成像算法

圆周扫描地基合成孔径雷达(GBCSAR)具备大视场、高分辨率等优势,且具备三维分辨能力,在复杂场景形变监测领域具有重要意义。但在大场景下目标点数量庞大,常规的三维成像方法耗时很长,难以满足实时连续监测的需求。因此本文提出一种针对GBCSAR的地形表面成像方法。在场景形变监测时,地形表面形变往往可以反映场景形变趋势,针对这一特性,本文方法将借助地形表面实现成像。利用地形表面提取得到的有效点曲面代替场景的三维空间目标点,实现了降维成像,提高了成像效率。本文首先给出了GBCSAR的几何模型以及信号模型。然后论述了地表三维曲面的提取方法和原理,之后论述了三维曲面成像算法原理。最后利用仿真实验验证算法的可行性,与原始数据图像进行比较分析,并与传统三维成像算法的成像效率进行比较。

一种基于多普勒波束锐化的环扫SAR成像方法

环扫SAR具有探测范围广、实时性强、重访率高等优点,能够快速对大面积环状区域进行成像.针对环扫SAR的工作特点,本文提出了一种基于多普勒波束锐化(DopplerBeamSharpening,DBS)的环扫SAR成像方法.该算法较好地克服了DBS算法在时间相干性上的限制,适应环扫SAR方位角时刻改变、360°成像和大斜视成像的特点,能够很好地应用于环扫SAR快速成像.本文给出了该方法的流程图和成像推导过程,并通过点目标仿真验证了本文方法的有效性.

雷达下视环扫成像分辨率研究

雷达下视环扫成像作为一种特殊的成像方式,可在较大地域范围对感兴趣的目标快速成像,继而对飞行器定位并精确制导。对下视环扫DBS和环扫SAR两种成像模式进行了分辨率研究,纠正了一些文献在DBS分辨率计算时存在的混淆;对两种环扫模式的理论方位分辨率进行了比较;建立了飞行器末段环扫成像参数的优化模型,给出优化方法。分析了不同环扫模式的适用性,并指出相比全程环扫SAR模式,高程环扫SAR+低程环扫DBS的成像模式可为定位增加信息量,但改善量不大。

基于星载合成孔径雷达的环扫成像模式设计

针对星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在广域范围内进行目标搜索的应用需求,设计了环扫SAR成像的模式,主要目的是解决海上广域范围内的目标搜索问题。文中首先分析了环扫SAR成像的基本原理,建立了环扫SAR成像的几何模型,分析了波束的最优覆盖设计。重点对环扫SAR成像的二维空间分辨率与成像幅宽等关键指标参数进行了分析,并通过计算机实例开展了仿真,证明了成像模式设计的正确性。最后给出了某卫星的环扫SAR成像的在轨验证结果,通过不同的数据处理方法得到的处理结果证明了该成像模式对于海上广域范围内的目标检测具有较好的应用。