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。

利用Sentinel-1A数据、D-InSAR和沿轨干涉技术获取2016年高雄M_S6.7地震三维形变场

提出一种沿轨干涉技术来获取Sentinel-1A数据中burst重叠区域内的方位向形变,进而通过内插方法得到非重叠区的方位向形变。针对D-InSAR的雷达视线向形变与沿轨干涉的方位向形变精度差异,采用基于加权最小二乘的方法解算了2016年高雄MS6.7地震的三维形变场。结果表明,高雄地震的同震形变以垂直和东西方向形变为主,且形变主要分布在断层左右两瓣。左瓣抬升,最大达到12cm;右瓣下沉,最大达到8cm;左右两瓣均伴随着向西的位移,最大达6cm。在左右两瓣之间,该地震还具有西北-东南走向的断层特性。

一种全自动的检测方法用于SAR-ATI的GMTI

针对星载SAR ATI处理的中间结果,提出了一种称为"两步-类高斯拟合"完全自适应的检测方法。该方法可以完全自动地实现杂波和噪声中的运动目标检测,避免了传统方法作联合高斯数据的假定,无须推导SAR ATI干涉图的理论概率密度函数。此外,该方法还可以大大降低系统的虚警概率并用仿真研究了最小可检测速度。

基于ATI技术和象素匹配的星载SAR/GMTI实现方法

与机载合成孔径雷达相比,星载合成孔径雷达由于其复杂的空间几何关系、地球自转及地球曲率等因素的影响,使得星载SAR/GMTI的实现更为复杂。提出了当不满足相位偏置中心天线(DPCA)中脉冲重复频率和天线水平基线间的严格约束条件时,通过象素匹配法和星载SAR沿航迹向干涉(ATI)技术实现星载合成孔径雷达(SAR)动目标检测、测速及定位的一种方法。该方法采用沿航迹向线性排列的双孔径天线星载SAR结构,首先建立了星载SAR双孔径天线空间几何模型并详细分析了星载SAR双孔径天线机理及信号特性,然后利用常规方法成像的双天线SAR图像,分析并推导了基于ATI技术和象素匹配实现对地面背景杂波淹没的运动目标检测、径向速度分量估计以及目标定位的方法。最后,通过计算机仿真验证了其有效性。

基于三通道UWB SAR子孔径图像序列的ATI方法

针对三通道超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)系统,提出了一种基于子孔径图像序列的顺轨干涉(ATI)方法,利用UWB SAR的大波束角特性,生成多个视角的子孔径顺轨干涉图检测运动目标并估计参数.该方法相比传统的ATI方法的优点在于:不仅能检测具有距离向速度不为零的目标,而且能检测具有方位向速度不为零的目标,并可估计目标的距离向速度和方位向速度.基于UWB SAR半实测回波的实验验证了该方法的有效性.

单通道SAR实现ATI动目标检测的新方法

研究了采用单通道合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)多视沿航迹向干涉(ATI,Along Track Interferometry)实现地面慢速运动目标指示的检测方法.分析了该方法所需的步骤,即利用重叠或不重叠的窗构造子视,对子视分别成像,相位误差校正并求干涉.关于其中起关键作用的相位误差校正步骤,提出了利用信号子空间投影进行相位配准的补偿方法.借助该鲁棒的自适应方法可以从某种程度上解决子图像间的去相关问题,降低相位随机性的影响,从2幅子视图像的干涉相位图上敏锐地检测到运动目标.通过仿真实验,验证了该方法可以有效地从强杂波中检测动目标,为单通道SAR实现地面运动目标指示(GMTI,Ground Moving Target Indication)、扩展已有SAR系统功能提供可靠的途径.

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。

基于马尔可夫模型的分布式卫星SAR-ATI空域自适应滤波方法

与单颗卫星合成孔径雷达(SAR)系统相比,编队飞行的分布式卫星雷达系统的优势在于,孔径的尺寸和几何不受限制,自主编队控制可形成多个灵活、有效的基线,在单个编队下可多任务交替进行,能够更好地完成高精度三维地形测绘、地面和空中运动目标检测、大测绘带高分辨率成像等任务。其中,在合成孔径雷达-沿航迹干涉(SAR-ATI)工作模式下,由于编队构型、任务需求等诸多因素的影响,ATI得到的相位中不仅包含了运动目标相位,还包含了切航迹基线引起的随地形起伏变化的相位和多种去相干因素引起的随机变化的噪声,造成了大量的虚警。文中提出了一种新的分布式卫星SAR-ATI空域自适应滤波方法,较好地去除了切轨迹干涉相位和随机噪声,提升了混合基线下SAR-ATI的检测性能。文中基于分布式星载SAR仿真系统进行了算法验证和性能评价,实验结果证明了该方法的良好性能。

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.

任意沿轨基线长度双孔径SAR-ATI动目标检测方法

提出了一种适用于沿轨迹排列、任意间距的双孔径天线ATI动目标检测方法,应用于地形高度有起伏的地杂波环境,给出了相应的测速、定位公式。针对在图像域中难以直接实现非整数像素配准的问题,分别在时域和多普勒域中给出了两种解决方法,实现了图像的高精度配准,并在整个观测带内动目标检测的条件下结合聚焦深度的概念给出了具体的实现过程。最后比较了不同波段对该方法的影响,得出了波长越长,测速与定位精度越高,最大可检测不模糊速度提升的结论。仿真结果表明,在不考虑系统噪声的前提下该方法可以实现精确的测速与定位。

提高双通道低频SAR干涉图性能的方法

沿航向干涉法是一种检测运动目标简单易行的有效方法。在低频双通道SAR系统中,为了保证干涉性能,不仅要考虑降低图像相干性的各类误差,还要考虑实时成像过程中残留的RFI对通道图像的影响。本文首先与高频系统中的误差进行比较,分析了影响低频双通道SAR系统的主要误差及其特点;其次分析了RFI对干涉图干扰的基本原理与特征,进而提出了一种提高双通道低频SAR干涉图性能的误差校正方法。该方法充分考虑了低频SAR系统的接收机频率特性误差、天线方向图误差、干涉相位误差及图像配准误差,利用基于方位时域距离频域干涉图的中值滤波器能够有效抑制具有窄带特性、时变性和空变性的RFI信号。国内首批机载双通道低频SAR实测数据验证了该方法的有效性与可靠性。该算法运算简单,效率高,适合对沿航向干涉法的实时处理。

基于相干度优化的极化顺轨干涉SAR慢小目标CFAR检测

为改善干涉合成孔径雷达(SAR)系统对慢动小目标的检测性能,研究了全极化顺轨干涉SAR(AT-POLINSAR)实现慢动目标恒虚警(CFAR)检测的方法。首先,通过对单基线AT-POLINSAR的系统设计,明确了其在现有技术条件下的可实现性,并对其信号形式与极化干涉回波进行了建模分析。然后,针对AT-POLINSAR 6维极化干涉矢量提出了以背景杂波平均相干度为优化准则的极化降维新方法,构建了一种统计分布类型与单极化干涉数据相同的次优极化标量干涉回波,从而使目前单极化顺轨干涉SAR(AT-INSAR)慢动目标CFAR检测方法可直接扩展至全极化情形。最后,通过检测实验对次优极化与单极化的慢动目标检测性能进行了对比分析。结果表明,次优极化方法能充分利用全极化信息提高INSAR对慢小目标的检测概率。

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。

分布式星载合成孔径雷达顺轨干涉动目标检测

主要研究分布式小卫星载合成孔径雷达顺轨干涉(SAR-ATI)动目标检测算法,通过建立卫星轨道、编队、地面静止及运动点目标模型,分析星载SAR-ATI动目标检测的流程图,仿真地面目标回波信号并成像。实验证明了在目标径向速度相对雷达平台航向速度不是很大、目标聚焦良好的情况下,ATI动目标检测方法的有效性。

基于双星编队SAR三轨法差分干涉技术的基线设计

将单星重复轨道三轨法差分干涉扩展到双星编队,对正侧视下合成孔径雷达差分干涉(DInSAR)技术的基线设计进行了研究。在测量坐标系中,将位于主星距离高度平面内的简化基线扩展为空间矢量,根据空间几何关系得到正侧视下双星编队SAR三轨差分干涉法的空间基线模型。建立了编队SAR测高程时基线设计公式,以及基线矢量到DInSAR测形变所需基线的转换公式,基于该模型首次从应用角度分析了基线对编队SAR三轨法差分干涉测形变的误差传播特性。给出了基于基线比的基线设计方法:测高程时,基线选择以临界基线为上限,综合考虑测高精度和灵敏度确定基线;测形变时,为降低误差对形变精度的影响,基线比应尽量小(基线比为0.25时编队SAR三轨法DInSAR形变测量精度最高),即地形图像对的垂直有效基线应尽量大,形变图像对的基线应尽量小。用ALOS-2卫星参数进行了仿真计算,所得编队基线和重复轨道基线误差要求分别为毫米级和厘米级。研究对DInSAR系统中基线参数设计有更直观的理论指导意义和实际应用价值。

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。

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。

一种改进的三通道SAR地面运动目标指示方法

经典的多通道杂波抑制干涉(CSI)技术的动目标检测和参数估计性能随动目标运动速度的增大而降低,且无法检测沿航迹方向运动的目标。针对该问题,文中结合分数阶傅立叶变换(FrFT)和CSI技术,给出一种改进的地面运动目标指示方法。从空间几何模型和回波信号模型入手,详细推导动目标聚焦和参数估计的原理,并分析沿航迹方向运动目标的检测方法。最后通过计算机仿真,验证了算法的有效性。

合成孔径雷达信号子带干涉技术及其应用

分别选用两景Radarsat-2和TerraSAR-X数据,应用子带干涉技术获取夏威夷火山国家公园及其附近区域的沉降量,并将其与偏移跟踪技术结果进行对比,证明了子带干涉技术的地表形变监测能力,且分辨率越高、带宽越宽的TerraSAR-X数据得到的监测精度越高。用两景PALSAR数据,应用子带干涉技术获得唐洞煤矿地表方位向位移,与同期GPS监测数据进行对比,进一步验证了子带干涉技术的形变监测能力。

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.