基于级数反演的星弹双基俯冲前视成像算法

由于导弹在俯冲阶段存在垂直向加速度,速度的大小和方向在不断变化,弹头沿曲线运动,导致瞬时斜距十分复杂,造成严重的距离徙动现象,方位向和距离向存在严重的二维耦合问题。针对此问题提出了一种基于级数反演的星弹双基俯冲前视成像算法。该算法根据星弹双基系统特性,搭建了星弹双基轨迹模型,在距离频域方位时域进行多普勒频率校正,再利用级数反演的思想,推导出回波信号的二维频谱表达式,接着在二维频域上进行距离徙动校正和距离向、方位向压缩,确定目标成像位置,完成成像聚焦。最后通过计算量的分析和仿真验证了算法的可行性和有效性。该算法可实现对多目标的探测和区分,对军方察打一体化研究具有理论指导意义,对中国军事行动方面具有一定价值。

基于距离多普勒算法的星载SAR实测数据成像研究

针对合成孔径雷达(SAR)成像问题,基于点目标散射模型,在信号频谱分析的基础上推导了距离多普勒(RD)成像算法,通过点目标SAR成像仿真验证了该成像算法的有效性。在此基础上实现了RADARSAT-1实测数据的星载SAR成像,并与卫星遥感地图对应区域进行了比对,结果表明二者的海岸轮廓线及醒目建筑物形状基本吻合,验证了RD成像算法在处理星载SAR实测数据中的有效性和高效性。

Nonlinear RCMC method for spaceborne/airborne forward-looking bistatic SAR

In the spaceborne/airborne forward-looking bistatic synthetic aperture radar (SA-FBSAR),due to the system platforms' remarkable velocity difference and the forward-looking mode,the range cell migration (RCM) not only depends on the target's twodimensional location,but also varies with the range location nonlinearly.And the nonlinearity is not just the slight deviation from the linear part,but exhibits evident nonlinear departure in the RCM trajectory.If the RCM is not properly corrected,nonlinear image distortions would occur.Based on the RCM model,a modified two-step RCM compensation (RCMC) method for SA-FBSAR is proposed.In this method,firstly the azimuth-dependent RCM is compensated by the scaling Fourier transform and the phase multiplication.And then the range-dependent RCM is removed through interpolation.The effectiveness of the proposed RCMC method is verified by the simulation results of both point scatterers and area targets.

直反信号协同的GNSS-R BSAR距离多普勒成像算法

针对目前基于全球导航卫星系统反射信号的双基地合成孔径雷达(GNSS-R BSAR)在一站固定模式下的大斜视,斜距历程复杂,回波信号方位空变导致回波信号难以处理的问题,提出改进的距离多普勒成像新算法。所提算法采用GNSS信号作为辐射源,根据一站固定模式下GNSS-R BSAR合成孔径时间长的特点,引入高阶等效斜视距离模型,得到导航卫星与目标斜距相对时间变化的精确描述。先通过直射信号与回波信号时域对消进行距离徙动校正,实现全场景目标距离徙动的精确校正;再通过方位向分块混合相关处理来克服回波信号方位向的移变性质,实现全场景高效精确成像。所提算法的成像效率优于传统后向投影时域(BP)算法,成像精度与BP算法相当,且可根据需要通过调整方位分块的宽度来提升聚焦效果。最后,用GPS-L5信号进行仿真和实验,仿真和实验结果验证了所提算法的可行性和高效性。

合成孔径声呐Chirp Scaling成像算法

在合成孔径声呐领域中经典的成像处理方法是距离-多普勒算法。距离-多普勒算法的主要缺点是在进行方位处理时需要进行距离二次脉压和在进行距离徙动校正时需要进行插值处理,这样将导致运算量迅速增加,并且降低了成像精度。而ChirpScaling算法是在二维频域中精确实现距离门徙动校正和二次距离压缩,避免了插值运算,用该算法处理了仿真点目标的回波数据,结果表明该算法既能够实现更加精确的成像又能够避免插值运算而提高运算效能。

二阶运动补偿对低频超宽带SAR视线误差补偿的影响

视线误差补偿是低频超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)成像处理的关键,该文主要研究基于测量数据的距离空变视线误差补偿,即二阶补偿。标准的二阶补偿在推导的过程中,对回波进行了一定的近似,认为距离空变视线误差对回波距离迁徙校正(RCMC)没有影响,而这个近似条件,在低频超宽带SAR中是不满足的。针对这个问题,该文对二阶补偿在低频超宽带SAR中的应用进行了分析,研究了3种二阶补偿方法,即:二阶补偿位于RCMC之后完成;二阶补偿位于RCMC之前完成;沿距离向划分子带进行二阶补偿。文中对3种二阶补偿方法进行了对比分析,并对每种补偿方法中存在的误差进行了分析。最后采用仿真以及实测低频超宽带SAR数据验证了文中分析的正确性。

末制导合成孔径雷达信号分析及成像处理

研究了末制导合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)宽波束高分辨率成像问题,提出一种基于频谱分析的算法。将初始距离相同的目标作为多普勒分辨的处理对象,建立成像几何模型,分析了回波相位、方位分辨率、距离徙动。将波束照射区域分为若干方位角带,针对每一方位角带,采用相应参数进行距离徙动校正、二次相位补偿和频谱分析,根据各处理结果,合成波束照射区域内所有目标的高分辨率图像。给出了算法流程,仿真实验验证了算法的有效性。

基于二维Chirp-Z变换的星载TOPSAR成像算法

TOPSAR是一种新型的星载SAR宽幅测绘模式。该模式成像算法需要解决三大问题:多普勒频谱混叠、较大的距离徙动和方位输出时间混叠。针对这些问题,该文提出了一种基于2维Chirp-Z变换的成像算法,给出了该算法的完整推导过程和各传递函数的表达式。其中,方位去斜预滤波处理能够在较少的方位总采样点数下解决多普勒频谱混叠;距离向和方位向Chirp-Z变换能够分别完成距离徙动校正和方位信号聚焦。由于该算法只需要在方位向上增加较少的采样点数,且不涉及任何插值操作,故其具有较高的运算效率。仿真数据处理结果验证了提出成像算法的有效性。

基于编码项补偿的OFDM信号SAR成像

该文探讨了正交频分复用(OFDM)波形在SAR中可能的应用,重点讨论了基于该信号体制的SAR成像。OFDM波形改变了传统线性调频信号平坦的频谱,给高分辨成像带来了新的问题。该文深入分析了OFDM波形的信号特点,推导了其2维频谱,提出了一种适合OFDM SAR精确成像的方法。该成像算法利用对编码项的补偿,实现了OFDM波形下的距离迁徙校正,有效降低了编码信号对旁瓣的影响,充分提高了OFDM波形的成像性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于级数反演法的聚束式广义双基成像算法研究

该文将级数反演法应用于聚束式广义双基成像。对于广义双基,其2维频谱表达式较普通双基更加复杂,很难用精确的解析关系表达,这对后续成像处理造成了极大的困难。通过级数反演法,可以得到信号的2维频谱展开式,在2维频域进行2次距离压缩,同时在距离多普勒域进行距离徙动校正。该算法保留了单基距离多普勒算法的高效性,由于2次距离压缩考虑到了方位向的影响,因此该算法对大合成孔径情况比较适合。用该算法对仿真数据进行处理,得到了良好的成像结果。

SAR成像处理中插值算法的比较研究

在SAR的回波数据的成像处理中,距离徙动是影响二维压缩成像聚焦效果的重要因素。因此距离徙动的校正是SAR成像过程中的关键。本文以机载正侧视点目标成像为例,对SAR回波中的距离徙动进行了分析,研究了3种插值方法:最近邻域近似法、拉格朗日插值法、sinc插值法在SAR成像中的应用。通过计算机仿真,分析了3种插值方法校正弯曲的效果,并对3种插值方法的运算量和成像结果进行了比较。结果表明要根据插值的精度和运算量的大小选择合适的插值方法。

距离徙动校正和斜地变换的实时算法研究

距离徙动校正插值处理是距离多普勒域(RD)算法的重要步骤,图像校正中的斜地变换也需要插值处理,插值处理会对图像引入插值误差。该文分析了距离徙动校正和斜地变换的原理,推导出一种把两种处理结合实现的方法,该方法通过一次插值处理完成距离徙动校正和斜地变换。与传统的实现方法相比,该方法减少了图像中由于插值处理引入的误差,提高了图像处理的精度,并且很大程度上减少了运算量。采用机载SAR原始数据验证了该算法的有效性。该算法对于高分辨率SAR的大量数据的实时成像处理,具有较大的应用价值。

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。

基于参数估计的高分辨率SAR运动目标距离徙动校正方法

距离徙动校正(RCMC)是机载单天线高分辨率合成孔径雷达(SAR)实现运动目标聚焦成像的关键环节。针对现有方法运算量大、精度低的缺点,该文提出一种结合参数估计分4步完成的RCMC方法。该方法首先通过结合能量均衡法的Hough变换估计距离向速度并校正距离走动,然后以初始方位向调频率校正距离弯曲,再采用Map-drift估计精确的方位向调频率,最后校正残余距离弯曲。与传统方法相比,该方法计算量较小,性能稳定,并能够校正高分辨率下不可忽略的残余距离弯曲。该文给出新方法的数学模型,并通过仿真和实际数据处理验证了该方法的有效性。

弹载SAR俯冲段斜视成像算法

弹载SAR在俯冲段具有较大的下降速度和加速度,这使得距离徙动校正(Range cell migration correction,RCMC)变得困难,并且由于导弹在攻击目标前需要有一定的转弯机动时间,弹载SAR还往往工作在斜视模式下,此时常规的SAR成像算法不再适用。本文提出了一种弹载SAR俯冲段斜视成像算法,该方法在建立弹载SAR回波信号模型的基础上,首先在距离频域-方位时间域校正距离走动的主要部分,然后结合级数反演思想,推导出SAR回波信号的二维频域表达式,在距离频域-方位多普勒域进行剩余的距离走动和距离弯曲的校正,最后完成二维脉冲压缩,得到聚焦的图像。运算量的定量分析和实验仿真的结果验证了该算法的可行性和有效性。

基于相位相乘校正徙动的双站SAR成像算法

距离多普勒(RD)算法以其较好的性能,在很长时期内都是SAR成像的标准算法,但传统RD算法的距离徙动采用逐点插值进行校正,运算量过大。文中提出了一种在平飞正侧视模式下改进的RD算法,无需插值,通过一次相位相乘校正距离徙动,运算量减少,与传统RD算法对比成像结果,有较好的聚焦效果,验证了改进算法的有效性。

一种改进的前斜视SAR距离多普勒成像算法

根据大斜视角SAR成像的空间几何模型和回波信号特点,提出了一种改进的适用于前斜视场景的距离-多普勒成像算法;对补偿二维频域耦合相位项的条件进行了分析,分析表明只需根据设计参数决定是否补偿到三阶耦合相位即可,且不必补偿更高阶的耦合相位;对距离徙动的校正方法进行了研究,通过在频域直接对距离徙动进行校正可以避免使用传统的插值方法,有效减小了计算量,提高了算法的运算效率,有助于算法的实时性实现;对改进的距离-多普勒算法的仿真表明,其成像性能能够满足前斜视条件下SAR实时成像处理的要求。

机载P波段UWB SAR高效成像方法研究

针对机载P波段超宽带合成孔径雷达高效成像问题,改进了距离-多普勒算法。不仅能补偿高阶相位,而且通过chirp-z变换完成距离迁移校正,避免了经典RD算法的插值运算,所以是一种高效的高分辨成像算法。分析了如何划分子测绘带以便分别处理,以抑制高阶相位误差的影响。实际机载数据的处理结果证明了算法的有效性。

一种机载SAR距离徙动修正的快速算法

距离-多普勒算法是机载合成孔径雷达成像信号处理中的常用算法,针对其采用逐点插值进行距离徙动修正而导致运算量过大的问题,提出了一种无需插值的快速距离徙动修正方法.该算法通过二次快速傅里叶变换和一次复乘操作完成合成孔径雷达成像所需的距离徙动修正处理.在分析回波信号模型的基础上,推导了利用该技术能够精确完成距离徙动修正的最大测绘带宽度,给出了该宽度与成像分辨率之间的关系,并用计算机仿真验证了上述关系的正确性.理论分析、仿真和实测数据处理结果表明,该方法具有运算量小、精度高的优点,非常适合于机上实时处理.

FPGA实时多普勒中心频率估计

基于弹载合成孔径雷达(SAR)对成像精度、处理时间、资源使用效率和设备低功耗的更高要求,提出一种基于FPGA的多普勒中心频率估计方法,采用FPGA实现实时高精度多普勒中心频率估计。改进回波处理流程,在距离向脉冲压缩过程中,距离向脉冲压缩结束后即可完成多普勒中心频率估计,进行后续距离走动校正(RCMC),实现了SAR信号处理机的“零等待”。在算法实现过程中,提出了基于FPGA的流水线式相位解缠绕方法和基于最小二乘的参数曲线拟合算法,实现相位解缠绕的连续流水输出以及中心频率估计参数精确插值。通过试验验证,基于FPGA的多普勒中心频率估计方法,充分发挥了处理资源使用效率,使SAR信号处理机硬件相对以前减少80%以上,处理时间和频率估计精度均优于系统要求。