DGPS/IMU数据在机载InSAR成像运动补偿中的应用

InSAR系统是根据两幅相干复影像的相位差进行高程测量的,相位精度是影响系统高程测量精度的主要因素之一。近几年随着DGPS/I MU技术的发展,其精度越来越高,已被广泛用于机载地理信息获取系统;同时,利用高精度的DGPS/I MU数据进行高分辨率的InSAR成像运动补偿也已受到重视。在分析了InSAR成像运动补偿对相位影响的基础上,研究了利用DGPS/I MU数据进行机载InSAR运动补偿的成像方法,并用实际数据成像,给出了运动补偿效果。

一种改进的基于惯导运动补偿的实时成像方法

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动式的对地微波遥感技术,具有全天候、全天时和远距离的特点。通过发射大带宽信号,获得距离向的高分辨。通过平台相对静止场景的运动形成合成孔径,获得方位向的高分辨,SAR平台的运动是成像的基本条件。对于机载SAR,由于载机在大气中飞行时受到大气湍流等因素的影响,不可能保持理想的运动状态,必然会产生运动误差,运动误差会导致相位误差和包络移动,从而导致图像散焦等问题。如何对SAR进行运动补偿是实现成像的关键。基于惯导数据的运动补偿是实现高分辨成像的重要手段之一。根据惯导数据的特点,结合卡尔曼滤波原理和SAR成像的几何模型,提出了一种基于卡尔曼滤波的惯导数据滤波和重采样方法。该方法可以有效剔除运动参数野值,精确地获得雷达平台的运动参数。文中所提出的运动补偿方法能和SAR成像算法很好的结合,实测数据的成像结果验证了该方法的准确性和有效性。

基于PSO联合运动补偿的ISAR成像算法

在传统的逆合成孔径雷达(ISAR)成像中,目标的运动补偿通常需要先进行包络对齐实现一维距离像对准,再进行相位校正,这种补偿方法称为级联运动补偿。低信噪比下的级联运动补偿容易增加误差积累,最终导致图像模糊散焦,严重影响成像质量,针对该问题文中提出了一种基于粒子群优化(PSO)联合运动补偿的ISAR成像算法,该算法分解目标的运动模型,通过高阶次展开,设置参数向量,通过图像的锐化度作为代价函数,寻找向量参数的最优值进行目标的联合运动补偿,使得ISAR成像得到最佳效果。在最优参数求解过程中,本文采用PSO算法,运算时实现更快收敛,该算法提高了模型的求解速度,得到聚焦效果更好的ISAR成像。通过仿真数据和外场实测数据验证了算法的有效性。

机载双天线InSAR运动补偿误差的影响分析

干涉SAR运动补偿是实现高精度机载干涉SAR测量的关键。该文针对运动补偿误差对机载双天线干涉SAR测量的影响进行了详细的分析。首先在参考高程无误差和有误差两种情况下对运动补偿残余误差进行建模;随后分析了无测量误差条件下运动补偿残余误差对干涉相位和平面定位精度的影响;接着分析了存在航迹测量误差和基线测量误差条件下运动补偿残余误差的影响;最后,通过仿真和实测数据实验验证了理论推导的正确性。该文的分析结果为机载双天线干涉SAR系统设计和数据处理提供了理论基础。

ISAR成像处理中的一种运动补偿方法

运动补偿是ISAR成像的关键问题之一,通常都是利用目标的一个孤立点作基准进行补偿。实际目标不一定存在孤立点,本文提出了一种对连片目标回波运动补偿的新方法。

基于熵最小准则的ISAR成像高速运动补偿实现方法

本文基于线性调频雷达信号模型,研究了ISAR成像中目标高速运动对一维距离像产生的畸变影响;提出了基于熵最小准则的速度补偿算法及其在实际应用中的三种实现方法,仿真试验证明了上述方法的有效性;仿真结果表明:遍历法具有很高的精度,但运算量巨大,快速搜索法速度快,但精度不高,二次曲线拟合法具有精度高和实时性好的特点;通过对二次曲线拟合精度的分析,为粗估计时速度遍历步进值的选取提供了依据;最后将二次曲线拟合法应用在雷达信号处理机中,针对实测数据给出了高速运动补偿的效果和DSP运行时间,其结果证明本方法实时、有效。

步进频雷达目标ISAR成像运动补偿新方法

分析了基于步进频ISAR运动目标的回波信号模型,讨论了目标运动对成像的影响,指出了当目标运动速度不可忽略时会造成高分辨距离像的移位和畸变,并使二维像散焦。提出了一种基于高斯包络线性调频信号自适应分解及高分辨距离像最小熵方法的运动补偿算法,利用高斯包络线性调频信号自适应分解得到回波多普勒调频率和目标运动速度,并用高分辨距离像最小熵方法提高估计精度,然后进行运动补偿。该算法具有计算量小,精度高的特点,仿真结果验证了它补偿效果好,能获得清晰的ISAR像。

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。

运动补偿成像光谱仪的地面分辨率

针对用运动补偿增加成像光谱仪能量积分时间的情况,推导出了其地面分辨率和望远系统焦距选择的一般表达式。运动补偿成像光谱仪地面分辨率与指向反射镜转角成反比关系,转角大时地面分辨率低,反之亦然。给定成像光谱仪探测器像元尺寸为20μm,飞行轨道高度为600 km,光线摆角≤30°,以星下点、最大摆角和整个运动补偿段地面分辨率中值为30 m为依据来计算望远系统的焦距,求得望远系统焦距为400、470、435 mm,并给出了此时的地面分辨率相对比值与光线摆角的关系曲线。对于积分时间一定的情况,推导出指向反射镜的反扫角速度公式。结果表明:指向反射镜反扫角速度是卫星运动速度、飞行轨道高度、对目标进行凝视测量时光线的提前摆角、飞行时间及地球半径的函数,改变指向反射镜反扫的角速度,可使积分时间增大N倍。

基于拉伸信号的ISAR成像运动补偿新方法

在逆合成孔径雷达成像的拉伸信号处理方法中 ,采用辅助的常载频脉冲信号对目标实时测距 ,以确定本振信号的延时量 .研究利用常载频窄脉冲信号通过时频分析精确估计出目标的运动参数 ,并对回波信号进行补偿 ,使之在形成一维距离像的同时完成包络对齐和聚焦处理 .对该方法的仿真结果表明 。

运动补偿与U WB SAR中RD成像算法结合的实现方法

分析了机载合成孔径雷达(SAR)中载机运动误差对接收信号的影响,指出在运动补偿处理中可以将距离向误差分解为空不变项和空变项,在此基础上采用一阶和二阶运动补偿的方法来对两个误差项进行补偿。为了将测量的运动误差数据应用到高分辨率成像中,提出了一种与距离多普勒(RD)成像算法相结合的运动补偿方案。通过对仿真数据的测试,本文方法得到了验证。

空间碎片的低分辨雷达二维成像及其运动补偿算法

地基雷达一直是空间碎片监测的强有力工具,现有的雷达数据处理方法的缺陷逐渐显现,需要新的方法以应对空间环境的日益恶化。本文针对空间碎片特有的运动特征和物理特征,给出了一种利用低分辨雷达获取小尺寸空间碎片二维雷达成像的方法。该方法通过对目标的窄带雷达回信号的相干积累得到目标的瞬时一维横向像,然后将一维横向像序列按照转动角度重排,最后利用各散射点横向距离投影的正弦变化特征,在过距离零点的圆上进行幅度非相干积累获得目标二维图像。分析了目标平动对成像的影响,并给出了基于最小熵准则的运动补偿算法,点目标的仿真结果验证了成像算法和运动补偿算法的有效性。

太赫兹合成孔径雷达成像运动补偿算法

合成孔径雷达(SAR)成像理论分析和工程经验表明当雷达平台的运动误差幅度达到亚波长量级时,会影响图像的聚焦质量。相对传统微波SAR,太赫兹合成孔径雷达(THz-SAR)工作在波长更短的太赫兹频段,对搭载雷达平台的稳定性要求更苛刻,需要达到微米级的控制和测量精度,目前的平台控制和测量技术还不能满足要求。该文提出一种基于回波数据的THz-SAR成像运动补偿算法,通过惯性测量单元输出的姿态信息完成由运动误差引起的距离徙动的校正,结合天线方向图和粗聚焦图像中特显点的最大幅值估计最优位置并构建理想回波。利用实际回波和理想回波数据提取由平台运动误差引起回波的相位误差并进行补偿,有效地实现了THz-SAR高分辨率成像。采用中心频率0.2 THz的SAR系统进行室外车载实验,对目标进行2维高分辨成像,得到角反射器和金属条的SAR图像。实验结果验证了所提运动补偿算法的正确性和有效性。

运动补偿下双通道星载高光谱成像仪图像配准

最新一代可见近红外(VNIR)和短波红外(SWIR)双通道星载高光谱成像仪,多采用视场分离器将VNIR和SWIR通道分离为多个子视场,同一时刻各子视场对地成像区域不同,在采用运动补偿技术提高图像信噪比时,各子视场对同一地物的观测角不同,导致图像间失配关系复杂,无法获取同一地物的VNIR-SWIR连续光谱。通过建立运动补偿下的严格成像几何模型,定量分析了双通道图像的畸变和失配规律,进而提出了各子视场分别几何定位再相位相关法配准的方案,并利用东天山区域运动补偿下星载双通道高光谱仿真数据进行验证。结果表明,传统的基于图像的配准方案精度为3.9像元,仍无法得到同一地物像元的VNIR-SWIR光谱曲线,文中方案配准精度提高到0.3像元,VNIR和SWIR重叠波段的反射率光谱重合度误差由41.5%降低到1.2%。

基于参数估计的步进频ISAR成像运动补偿方法

分析了基于步进频雷达运动目标的回波信号模型,讨论了目标运动对ISAR成像的影响,针对当目标有速度或加速度时会造成高分辨距离像移位和畸变,并使二维像散焦的情况,提出了一种基于高斯包络线性调频信号自适应分解、高分辨距离像互相关法及多普勒横向像最小熵法的运动补偿算法。该算法利用高斯包络线性调频信号自适应分解得到回波多普勒调频率和目标运动的加速度,通过距离像移动对目标运动速度进行初估计,并用高分辨距离像互相关法及多普勒横向像最小熵准则提高目标速度及加速度的估计精度,然后进行运动补偿。该算法计算量小,估计精度高,仿真结果验证了它补偿效果好,能获得清晰的ISAR像。

基于回波数据的机载双天线InSAR运动补偿

基于定位定向系统(position and orientation system,POS)测量数据实现补偿不适用于基线非刚性的系统,因而研究了基于回波数据的干涉相位误差补偿方法——频谱分割方法,分析了干涉相位误差与载机姿态变化造成的斜距误差之间的关系,阐明了算法原理及适用条件。分析了算法的关键参数对补偿精度的影响,提出定量化的选取标准。基于相位误差随距离向变化的模型,改善了算法精度,给出了算法流程。最后利用该算法处理了实际机载双天线InSAR数据,结果表明该方法具有较高的精度,可以在缺乏测量数据的情况下完成干涉相位误差补偿。

多子阵合成孔径声呐6阶方位空变运动补偿快速算法

为解决6自由度运动误差存在情形下的多子阵合成孔径声呐快速运动补偿与成像问题,本文提出一种多子阵合成孔径声呐6阶方位空变运动补偿快速算法。在考虑6自由度运动误差随方位时间6阶空变特性的基础上,对双根号形式距离历程进行泰勒级数展开并保留至6阶项,进而推导得到严格解析的点目标响应二维谱,通过对传统四阶模型的距离多普勒算法进行改进,同时实现了6自由度运动误差的快速补偿和图像重建。仿真分析和实测数据成像结果表明了所提算法的有效性和高效率,可为大场景宽测绘带多子阵合成孔径声呐快速运动补偿和高分辨成像提供理论依据。

基于模型预估方法补偿扫描镜运动对成像影响分析

文中基于模型预估补偿方法,对扫描镜运动对成像的影响进行了分析。首先,对静止轨道气象卫星的姿态动力学环境进行了分析,确定出了扫描镜运动补偿的对象。其次,设计了基于模型预估的扫描镜运动补偿系统的方案、模型和算法。仿真结果表明,基于预估模型补偿方法能够减小扫描镜运动对扫描镜光轴指向的影响,提高扫描镜的成像质量。

机载SAR实时运动补偿和成像的FPGA实现

提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)实现机载合成孔径雷达(SAR)实时运动补偿和成像的设计方案。该方案采用重叠子孔径算法和相位梯度自聚焦算法实现空变运动误差的补偿和成像。整个设计集成在一片Xilinx公司的Virtex-IV芯片中。该设计适用于发射线性调频信号的聚束式和条带式SAR数据处理。文中给出了详细的设计步骤,并对资源应用情况和运算速度进行了分析。最终成像结果表明,该设计方案完成了实时运动补偿及成像的功能。

运动补偿下短波红外成像光谱仪的信噪比特性

为研究运动补偿下成像光谱仪的信噪比特性,首先推导出探测器像元采集到的光谱辐射信号与瞬时视场光轴摆角的关系式。据此,在短波红外(1.0～2.5μm)光谱范围内,计算不同摆角下系统采集到的光谱辐射信号及系统信噪比相对于观测星下点(对应光轴摆角为0°)的变化情况。结果表明:与观测星下点相比,运动补偿过程中系统采集到的总光谱辐射能量随光轴摆角的增大而减小,并且其中地面目标辐射所占的比例也随之减小。信噪比有类似的特性。要使整个观测过程信噪比提高的倍率保持或接近预期的补偿倍率,光轴摆角尽量小于30°。