子带子孔径ATI地面运动目标检测及参数估计方法

该文提出了一种新的基于子带子孔径图像序列的顺轨干涉(ATI)地面运动目标检测方法。该方法利用超宽带合成孔径雷达(UWBSAR)的大带宽大波束角和低频特性,生成了对应不同中心频率和视角的多幅子带子孔径顺轨干涉图,并联合运动目标的多频多子孔径干涉相位进行地面运动目标检测和参数估计。该方法相比传统的ATI方法的优点在于:在检测方面,消除了盲速,既能检测具有距离向速度的目标,又能检测具有方位向速度的目标;在速度估计方面,能无模糊地同时估计出目标的距离向速度和方位向速度。基于UWBSAR半实测回波的实验验证了该方法的有效性。

基于ATI技术和Radon变换的振动目标微多普勒提取

针对地杂波背景下地面振动目标的时变微多普勒特征提取问题,提出了一种基于距离向压缩数据域双通道ATI干涉和Radon变换的提取方法.ATI相位对消用于抑制地杂波,获取振动目标的干涉信号,其在距离向压缩数据域呈现为沿方位向的直线;Radon变换则用于检测这些微弱直线分量,并确定它们所在的距离单元.详细推导了目标沿不同方向振动引入的微多普勒参数化表达式.与单通道模式相比,该方法无需补偿雷达平动引起的多普勒频移,且可有效检测沿方位向振动的目标,其微多普勒谱的显著特征是呈非周期性变化.数值仿真验证了该方法的正确性和有效性.

基于中国剩余定理解分布式星载SAR-ATI测速模糊

分布式星载SAR系统利用沿航迹干涉对地面运动目标测速时,由于较长基线导致严重的测速模糊。该文在研究鲁棒性中国剩余定理的基础上,利用剩余定理在满足某些约束条件下得到唯一解的原理,分析了多基线和多频率分布式星载SAR-ATI系统解速度模糊的方法,同时推导了多基线和多频率的约束条件,以及最大测速值。仿真结果表明该文算法能有效地解分布式星载SAR-ATI系统动目标速度模糊,为分布式星载SAR系统设计与基线设计提供了一定的指导作用和参考价值。

基于最小二乘估计和小波去噪的ATI-SAR自适应相位校正方法

ATI-SAR系统要求两个通道的相位特性准确匹配。该文分析了ATI-SAR系统相位误差的来源,建立了ATI-SAR系统相位误差的数学模型。提出了一种基于最小二乘估计和小波去噪的ATI-SAR自适应相位校正方法,给出了该相位校正方法的处理流程。计算机仿真证明在没有平台速度、偏航角等先验知识的情况下该方法仍可有效补偿ATI-SAR系统的相位误差,而且相位缠绕时,不需进行相位解缠。

地面RCS起伏特性模拟及对ATI检测性能的影响

在假定目标RCS起伏为高斯形状频谱特性的前提下,将高斯白噪声通过一个高斯谱特性的低通滤波器来模拟目标RCS起伏特性。首先用康斯坦尼兹法设计了低通滤波器,并根据地杂波等效速度的不同,得到一组不同的滤波器响应,进而实现了背景RCS起伏程度不同的地杂波的模拟。然后以该地杂波为背景,采用ATI方法进行动目标检测,分析了地面背景RCS起伏特性对动目标检测性能的影响。计算机仿真结果表明:在一定的虚警概率下,当不考虑接收机噪声时,随着RCS起伏加剧,动目标径向最小可检测速度增大。最后得到结论:用基于ATI方法进行动目标检测时,若不考虑雷达接收机噪声,则地面背景RCS起伏特性是影响最小径向可检测速度的主要因素。

分布式SAR系统PRF误差对ATI测速的影响

分布式SAR采用收发平台分置的飞行方式,具有许多突出优点,但接收机和发射机的PRF会有误差。该文根据收发分置SAR系统原理,建立了收发分置SAR系统PRF误差对成像及干涉的影响模型,研究了PRF误差对ATI相位及测速的影响,并在此基础上提出了对PRF精度的要求。仿真验证了模型的有效性和要求的合理性。

分布式卫星ATI-SAR性能分析与基线估计

在应用分布式卫星沿航迹干涉SAR(ATI-SAR)进行对地运动目标检测(GMTI)时,基线测量精度对系统测速性能有着重要影响。针对此问题,该文分析了分布式卫星群的实际轨道情况,推导了考虑基线空间构型随时间不断变化时的基线测量误差与系统的地面运动目标测速误差间的关系,提出了一种可对基线进行高精度估计从而提高测速性能的方法。计算机仿真实验证实了文中所提出方法的有效性与准确性。

基于多通道SAR系统的ATI-RPCA地面动目标指示方法

针对强杂波背景下的多通道合成孔径雷达(multi-channel synthetic aperture radar,MC-SAR)系统,结合沿航迹干涉(along-track interferometry,ATI)方法和稳健的主成分分析(robust principal component analysis,RPCA)方法,提出一种ATI-RPCA的地面动目标指示方法。与传统的ATI方法相比,该方法可以提供更稳健的性能,但增加了一定的计算复杂度;与经典的RPCA算法相比,该方法可以降低虚警概率(probability of false alarm,PFA)并降低运算复杂度。总体而言,所提方法提供了较为稳健快速的目标检测性能,最后通过将所提方法应用到实测三通道SAR数据中,得到的结果与本文的理论分析一致。

Target location with signal fitting and sub-aperture tracking for airborne multi-channel radar

The location of a moving target based on signal fitting and sub-aperture tracking from an airborne multi-channel radar is dealt with.The proposed approach is applied in two steps：first,the ambiguous slant-range velocity is derived with a modified single-snapshot multiple direction of arrival estimation method,and second,the unambiguous slant-range velocity is found using a track-based criterion.The prominent advantage of the proposed approach is that the unambiguous slant-range velocity can be very large.Besides,the first stage is carried out at the determinate range-Doppler test cell by azimuth searching for fitting best to the moving target signal,therefore,the location performance would not be sacrificed in order to suppress clutter and/or interference.The effectiveness and efficiency of the proposed method are validated with a set of airborne experimental data.

一种解大旋翼类雷达目标微Doppler模糊的方法

在单通道模式下,当雷达目标旋转半径比较大时,脉冲重复频率与微多普勒带宽之间可能会出现欠采样的情形,导致在时频面上发生微多普勒混叠,从而不能得到完整的微多普勒信息。针对此问题,提出了一种基于双通道干涉处理的解大旋翼类雷达目标微多普勒模糊的方法。文中详细推导了该模式下此类目标引起的微多普勒频率和微多普勒带宽的参数化表达式,分析表明其微多普勒带宽受一个正弦因子的调制而显著减小,从而使其满足香农采样定理,避免了微多普勒模糊现象。最后,数值仿真表明了理论推导和所述方法的正确性。

分布式卫星SAR沿航迹干涉编队构型优化

沿航迹干涉(ATI)SAR可用来测量地面运动目标的径向速度,分布式卫星系统能改善ATI测速精度并增加系统可检测速度范围。合理地设计小卫星间的空间编队构型是保证分布式卫星系统性能的关键。该文给出一种综合评价分布式卫星SAR系统测速精度的模型,该模型可用来对满足绕飞轨道的分布式卫星群的构型进行优化设计。采用随机搜索算法进行了仿真试验,试验结果验证了本文方法的有效性。

双通道沿迹干涉SAR地面动目标检测

该文深入研究了双通道沿迹干涉(Along-Track Interferometry,ATI)SAR的机理,给出了运用该机理在静止目标去线性调频后的频域内进行动目标检测的方法。文中详细描述了该方法的检测过程,分析了杂波、噪声以及目标速度对检测性能的影响,最后给出了计算机仿真结果。分析及仿真结果表明, 与同常规方法相比,该方法对可检测运动目标信杂比的要求降低,对于淹没在主瓣杂波谱内的动目标以及在主瓣杂波谱外的动目标能够同时检测: 同时,在频域检测计算量下降。

交轨干涉SAR涌浪干涉相位模型及数值模拟

建立了包含海表面高度和速度聚束的交叉轨迹干涉合成孔径雷达(Across-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar,XTI-SAR)涌浪干涉相位模型,得到了涌浪成像的解析表达式。进一步研究了XTI-SAR沿方位向传播的涌浪成像机制。定义二次谐波振幅与基波振幅比率来表征成像非线性,通过比较XTI-SAR和沿轨迹干涉合成孔径雷达(Along-Track Interferometric Synthetic Aperture Radar,ATI-SAR)相位的二阶调和分量,分析不同海况和干涉SAR参数情况下的数值模拟,结果表明:当速度聚束弱时,XTI-SAR相位比ATI-SAR相位具有较强的非线性,ATI-SAR比XTI-SAR更适合测量海浪。当速度聚束强时,XTI-SAR相位比ATI-SAR相位具有较弱的非线性,XTI-SAR比ATI-SAR更适合测量海浪。

合成孔径雷达运动目标检测的研究进展

由于在军事侦察和民事搜索中的巨大潜力,合成孔径雷达的运动目标检测技术一直备受关注.从单通道合成孔径雷达的运动目标检测、多通道合成孔径雷达的运动目标检测以及合成孔径雷达的运动目标速度估计三个方面出发,系统回顾了该领域中现有的思想和方法,并简单介绍了本课题组近期在该领域所取得的重要进展.

TerraSAR-X数据沿轨干涉运动目标检测研究

为检验TerraSAR-X数据在地面运动目标检测(GMTI)应用中的潜力,并验证基于SAR沿轨干涉图的幅度和相位联合统计特性以及恒虚警率的检测方法(ATI-CFAR)对TerraSAR-X数据的适用性,利用TerraSAR-X卫星单发双收模式数据,基于一种ATI-CFAR方法,结合数据特点进行改进,对北京北五环部分路段开展GMTI实验研究。结合地面同步实验进行验证分析,结果表明:1)TerraSAR-X数据能够应用于GMTI,但干涉相位受干扰严重,使用统计的方法确定ATI相位阈值易发生过度估计,导致大量漏检;2)基于车速先验知识确定相位阈值,利用图解法确定ATI幅度阈值,能够有效地改善检测结果。本文方法检出率和正确率分别达到70%和87.5%,证明了其对TerraSAR-X数据的适用性,反映出TerraSAR-X数据在GMTI应用中的潜力。

面向地面运动目标检测的SAR图像分辨率选取

在合成孔径雷达地面运动目标检测技术中,SAR图像分辨率的选取直接影响运动目标的检测性能.为此,该文提出一种适合于运动目标检测的SAR图像分辨率选取方案.结合感兴趣的目标大小从运动目标检测概率的角度出发,对不同SAR图像分辨率情况下运动目标的检测性能进行分析,以一种具有典型反射截面积的运动目标为例,给出不同目标尺寸条件下的最佳SAR图像分辨率,该方案可广泛应用于工程实践.

斜视情况下机载顺轨干涉SAR敏感度分析

顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR)具有检测慢速运动目标径向速度的能力,其测速精度受各干涉参数精度的影响。敏感度分析是衡量各干涉参数误差对径向速度误差影响程度的一种主要手段。目前关于ATI-SAR的研究主要针对正侧视情况进行,没有考虑斜视角存在的情况。鉴于此,该文首先推导了斜视情况下ATI-SAR测量目标径向速度的表达式,进而得到了斜视情况下目标径向速度关于各干涉参量的敏感度大小。通过机载参数仿真,得到了正侧视及斜视情况下不同测速精度要求对各干涉参数的误差要求,为实际机载系统的误差分析和定标需求提供了定量化参考。

机载顺轨干涉合成孔径雷达定标中地面控制点的布设策略研究

机载顺轨干涉合成孔径雷达(ATI-SAR)估计运动目标径向速度的精度受干涉相位误差、基线分量误差等影响,因此为了得到较高的测速精度必须对ATI-SAR的系统参数进行定标处理。基于敏感度方程的定标方法是干涉SAR定标中的常用方法,但是其性能受敏感度矩阵条件数的影响,地面控制点(GCP)或角反射器的布设方式决定了敏感度矩阵的条件数大小。该文通过分析给出机载ATI-SAR系统定标中GCP的布设策略,包括静止GCP的布设方式及运动GCP的数量、布设位置、运动速度大小和方向的设置原则,并通过仿真手段对上述布设策略进行了验证。

基于空时滤波的多通道SAR抗欺骗干扰算法

干扰机通过“截获⁃调制⁃转发”的方式对雷达实施欺骗干扰,导致成像图中形成难以分辨的假目标,严重影响目标识别。针对直达波欺骗干扰难分辨和去除的问题,本文基于多通道合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)信号与干扰模型,提出了一种SAR欺骗干扰的检测与抑制方法。首先通过分置相位中心天线(Displaced Phase Center Antenna,DPCA)方法对消静止场景目标,分离出干扰信号;然后采用沿航迹干涉(Along⁃Track Interferometry,ATI)方法估计出干扰信号的空间位置;利用获取的干扰信号先验信息,基于干扰信号与目标信号在空时二维分布差异,采用基于零点约束的最小二乘误差方向图合成的空域滤波方法联合多普勒滤波抑制干扰。仿真实验表明,本文方法能有效检测和抑制欺骗干扰,同时不损失真实场景信息。

一种利用沿航迹干涉合成孔径雷达复图像域数据的双边滤波算法

沿航迹干涉合成孔径雷达能够提供成像物体的雷达后向散射信息与运动信息,被应用于海面洋流流速测量与地海运动目标识别。在实际雷达系统中,由于系统误差、噪声以及回波信号的去相关导致干涉信息测量精度下降。针对上述问题,从信号处理角度提出一种利用沿航迹干涉合成孔径雷达复图像域数据的双边滤波处理算法。该方法利用像素点的干涉幅度、干涉相位以及空间物理分布信息的相似程度自适应地调整滤波器权系数,以平滑复图像域噪声和缓解传统多视滤波处理算法对图像分辨率的损失问题,从而提升干涉信息测量精度。根据沿航迹干涉合成孔径雷达海面舰船目标实测数据实验结果可得:相比于现有典型的滤波方法,所提算法能够提升干涉测量的精度,进而提升舰船目标与海杂波背景的干涉信息分布差异,为后续运动舰船目标的检测提供准确的干涉域特征。