稀疏阵列微波暗室成像实验研究

为了在实际条件下验证稀疏阵列孔径综合方法可以避免稀疏阵旁瓣较高的问题,以及基于压缩感知理论的成像算法可以对具有稀疏特性的目标进行重建,开展了微波暗室实验。针对实验中的阵列误差,给出了具体的校正方法。通过实验数据处理证明了阵列误差校正方法、稀疏阵列孔径综合方法以及基于压缩感知理论成像算法的正确性和有效性。

成像探测相干激光雷达技术研究进展

相干激光雷达采用激光本振相干探测并通过平衡探测器实现混频和共模抑制,具有探测灵敏度高、抗干扰能力强的优点。文中阐述了相干探测体制激光雷达的优势和技术特点,介绍了基于单元探测器/面阵探测器开展的合成孔径激光雷达(SAL)、逆合成孔径激光雷达(ISAL)研究进展,讨论了相干激光雷达波形选择、偏振选择、信号处理方法、扩束下的作用距离方程和探测性能、探测器形式和系统灵敏度等问题,在此基础上进一步分析了基于衍射光学系统的激光雷达的特点和激光/红外复合成像探测的需求,并展望了相干激光雷达的应用前景。

微波光子SAR最优子带融合的全分辨伪彩图生成方法

微波光子(MWP)雷达是一种通过光子器件对传统微波雷达硬件架构进行改进的新型雷达系统。借助光子器件卓越的物理特性,MWP雷达能够发射超宽带、高线性度的高质量线性调频信号,从而实现对目标的超高分辨率探测与成像。在目标成像与探测过程中,不同结构和特性的目标区域对不同频率信号的响应存在差异。因此,微波光子雷达具备通过散射差异生成伪彩图像的潜力,从而进一步提升微波光子合成孔径雷达(MWP-SAR)的信息获取能力。传统的遥感技术生成的伪彩图像分辨率较低,无法达到厘米级的分辨。因此,该文提出了一种在保证MWP-SAR高分辨率的前提下合成伪彩图像的方法。该算法首先建立了最优子带回波搜索模型,随后采用最优子带搜索算法对超宽带回波进行处理,以获取散射特性相差最大的子带回波通道。再对多子带差异图像进行色彩合成,通过这一处理步骤,能够生成对目标散射特性最佳描述的伪彩图像。同时,为了确保MWP-SAR的分辨率不受到损失,建立了一个融合模型,将全分辨率的SAR图像与多子带图像相融合,以维持伪彩图像的高分辨率。最终,通过实测的机载MWP-SAR数据成功地合成了全分辨率的伪彩色图像,从而验证了该算法的有效性。该算法可以使得MWP-SAR在成像时获取更多的目标信息,为成像雷达微波视觉的实现提供辅助。

稀疏微波成像研究进展(科普类)

稀疏微波成像是将稀疏信号处理理论系统性地引入微波成像并有机结合形成的微波成像新理论、新体制和新方法。该文阐述了稀疏微波成像中稀疏表征与变换域映射、稀疏观测约束、以及非模糊重建等关键科学问题;在此基础上介绍了稀疏微波成像的主要研究进展以及原理样机的机载飞行实验,实验结果表明了稀疏微波成像原理和方法的可行性和有效性;另外,该文还讨论了稀疏微波成像在3维雷达成像、逆合成孔径雷达、探地雷达等领域的应用。

基于相关准则的稀疏微波成像方位向采样优化方法

稀疏微波成像将稀疏信号处理理论系统性地引入微波成像中,与传统合成孔径雷达成像相比,具有提高成像质量、降低系统复杂度等优点。稀疏采样方式是影响稀疏微波成像重建质量的重要因素。该文主要研究方位向稀疏采样的优化问题,分析了稀疏微波成像观测矩阵的相关系数与重建能力的关系,在此基础上提出一种基于相关系数的优化准则,并对方位向稀疏采样参数进行优化。仿真结果验证了所提优化方法的有效性。

基于RIPless理论的稀疏微波成像波形分析方法

稀疏微波成像回波数据可以建模为Toeplitz矩阵与地面场景的乘积,Toeplitz矩阵中的行向量为发射信号的时延。由于难于验证Toeplitz矩阵是否符合经典的稀疏信号处理中RIP等重建条件,因而分析稀疏微波成像采样数与发射波形的关系十分困难。近年提出的RIPless理论表明如果矩阵的行向量是对一个概率分布的随机抽取,并且该概率分布满足一定的条件,那么可以从少量的采样数据中恢复稀疏信号。Toeplitz矩阵适用于RIPless理论。该文首先介绍稀疏微波成像中观测矩阵的构造,然后利用稀疏信号处理中的RIPless理论分析波形中信号脉宽、带宽和信号形式与稀疏微波成像采样数的关系,进而比较不同波形对稀疏微波成像中的性能,最后通过仿真验证了该方法的有效性。

圆迹SAR成像技术研究进展

圆迹SAR(Circular SAR,CSAR)是近年来提出并发展起来的一种高分辨3维成像模式,通过传感器平台的曲线运动,获取被观测目标多方位乃至360?全向观测信息,以满足越来越高的精细观测需求。2011年8月,中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室利用自行研制的P波段全极化SAR系统开展了国内首次机载圆迹SAR飞行实验,成功获取了全方位高分辨圆迹SAR图像,实验结果初步展示了圆迹SAR成像技术在高精度测绘、灾害评估和精细资源管理等领域的应用潜力。该文详细讨论了圆迹SAR成像技术的研究进展,介绍了近年来国内外开展的若干次机载飞行实验以展示圆迹SAR的独特应用优势,总结分析了圆迹SAR的关键技术,最后对其发展趋势进行了展望。

基于压缩感知的稀疏阵列近景微波三维成像

近景微波成像技术在隐藏武器检测、生物医学成像、无损检测等领域具有广阔的应用前景。将压缩感知理论应用于近景微波成像系统,提出了基于稀疏阵列天线的三维成像几何及相应的回波模型,该几何通过高度向的稀疏阵列电子扫描、方位向的机械扫描及距离向发射宽带信号来实现三维分辨;文中将压缩感知理论应用于稀疏阵列三维成像,提出了基于压缩感知的稀疏阵列层析成像算法;最后,通过理论分析和数值仿真验证了文中提出的成像几何和成像算法的有效性。

结合MD自聚焦算法与回波模拟算子的快速稀疏微波成像误差补偿算法

稀疏微波成像是将稀疏信号处理理论引入微波成像中,利用系统的稀疏约束突破传统合成孔径雷达(SAR)成像中系统复杂度的瓶颈,是微波成像的新理论、新体制和新方法。在传统的机载SAR成像中都会面临非理想运动带来的回波相位误差问题,可通过基于回波数据的自聚焦算法加以解决:但在机载稀疏微波成像中,因稀疏微波成像采用稀疏重建算法取代了传统SAR中基于匹配滤波的信号处理方法,传统的基于回波数据的自聚焦算法难以直接应用。现有基于稀疏重建的自聚焦算法主要基于两步迭代方法,收敛速度慢、运算量大。该文以基于回波模拟算子的快速稀疏微波成像算法为基础,将子孔径相关(MD)自聚焦算法引入,与之结合构建了新的"MD-回波模拟算子自聚焦算法"。该方法继承了基于回波模拟算子算法快速重建的优势,并利用MD自聚焦算法实现了回波2次相位误差的正确补偿,与现有基于两步迭代的稀疏微波成像自聚焦算法相比,收敛速度快,并可以实现较好的自聚焦效果。

基于顺轨-交轨InSAR技术的运动舰船目标三维成像

利用顺轨和交轨干涉SAR技术,研究了海面运动舰船目标三维成像问题。完整地介绍了距离徙动校正和二维图像配准方法,提出了将时频分析成像方法和干涉技术相结合的处理思路,利用时频分析方法可以获得三个天线在任意方位时间tk处的目标图像,将任意方位时刻tk处的二维复图像进行干涉处理,由干涉相位计算运动目标散射点的三维空间坐标,实现运动舰船目标三维成像。运动舰船目标的三维图像仿真处理结果,表明了该方法的有效性。

相变图在稀疏微波成像变化检测降采样分析中的应用

相变图是稀疏微波成像雷达性能评估的一种重要方式,它可以准确刻画出雷达成像性能随稀疏度、采样比和信噪比3个参数的变化趋势,给出不同参数组合下场景准确重建的概率值。稀疏微波成像变化检测中,由于场景的变化相对于整个观测区域是稀疏的,利用分布式压缩感知方法可以在采样比组合满足一定条件下准确提取场景变化量。该文在场景稀疏度和信噪比不变的情况下,研究前后观测数据的采样比对变化检测结果的影响,绘制稀疏微波成像变化检测相变图,并利用相变图分析变化检测结果随前后两次观测的采样比参数的变化趋势,确定可以实现准确重建的采样比参数组合范围。最后通过仿真和实验验证相变图用于分析稀疏微波成像变化检测结果的可行性和有效性,为实际稀疏微波成像系统降低数据采集量和系统设计复杂度提供依据。

阵列天线微波成像多通道相位误差校正方法

采用阵列天线的微波成像系统会产生多通道幅相不一致性问题.针对使用阵列天线进行微波成像的应用,将回波模型中的多通道相位误差分为距离偏移误差和残余常数相位误差,并分析其对成像造成的影响,研究了使用回波中选定参考点目标进行相位误差校正的方法.最后通过微波成像国家重点实验室开发的地基实验系统数据验证了我们的分析和结论.

基于分布式压缩感知的高分宽幅SAR动目标成像技术

高分宽幅SAR动目标成像对目标跟踪具有重要的意义,常规天基多通道SAR技术要实现高分宽幅动目标成像需要通道数量巨大,系统复杂度过高,而且图像在方位向存在成对回波,形成虚警。针对上述问题,该文提出了一种基于分布式压缩感知的高分宽幅SAR动目标成像技术,在通道数量较大时,通道数量相比常规高分宽幅动目标成像构型通道数量约降低1倍,利用动目标稀疏特性和杂波背景非稀疏特性构建分布式压缩感知观测模型,采用先方位1维分布式压缩感知重建再距离方位2维分布式压缩感知重建,实现杂波背景和稀疏动目标的重建,并抑制多通道SAR动目标成像中的成对回波。结合RADAR-SAT数据的仿真试验结果验证了该技术的有效性。

基于去调频接收技术的微波光子双波段线性调频连续波雷达

该文提出一种基于光子辅助去调频接收技术的双波段线性调频连续波雷达方案,该双波段雷达接收机基于平行架构光子混频器,能够利用同一套硬件设备同时接收双波段雷达的回波信号。接收机中使用一个双偏振正交相移键控(DP-QPSK)调制器,工作中将双波段雷达的两组参考信号和回波信号通过DP-QPSK调制器调制到正交偏振的光载波上,调制后的双带光回波和参考信号经过放大和滤波后,输入到偏振解复用相干接收机中进行光子辅助去调频处理。在发射机端,对于具有更高频率和带宽的发射信号,采用包含延时功能的光子倍频信号产生技术,产生参考信号与发射信号的同时,将发射信号延时,使得在接收机端对相同距离目标的双带回波信号去调频得到的中频信号可在频域分离。实验中通过逆合成孔径雷达成像实验评估了该双波段雷达系统的性能,该双波段雷达系统工作在C波段和Ku波段,发射信号带宽分别为1 GHz和2 GHz,接收机模拟-数字转换器的采样率为100 MSa/s。实验结果证明微波光子技术能为双波段线性调频连续波雷达提供有效的实现方案。

微波光子雷达逆合成孔径成像

微波光子逆合成孔径成像雷达,发挥光子大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等优势,可以提升成像分辨率,并有助于构建分布式阵列雷达,实现精确的三维成像。本文介绍了中国科学院空天信息创新研究院在微波光子雷达逆合成孔径成像方面的成果。首先,搭建了微波光子雷达,基于光子倍频技术产生宽带雷达信号,基于光子去斜处理进行回波信号接收,系统工作在Ku波段,带宽600 MHz,实现了对暗室内合作目标和外场非合作目标的二维ISAR成像。在此基础上,结合光射频传输技术和波分复用技术,搭建一发多收的微波光子光纤分布式阵列雷达,在实验室内实现了对3个角反射器的精确三维成像。上述试验结果验证了微波光子技术应用于雷达成像领域的可行性和提升系统关键性能的潜力。

基于毫米波InISAR成像的运动目标探测与定位

介绍了基于运动补偿的运动目标ISAR成像方法,将雷达成像的概念引入到低信噪比运动目标探测的过程中,在成像的同时获取目标的径向和横向运动速度,采用多基线图像干涉处理的方法完成运动目标的定位和横向尺寸估计.建立了运动目标成像几何模型,给出了多天线时分复用接收机的通道间信号补偿方法,以及多基线相位解缠实现不模糊干涉测角定位的方法,分析了信噪比对图像干涉定位精度的影响.利用仿真数据和实际数据验证了本方法的有效性.

机载合成孔径激光雷达关键技术和实现方案分析

该文介绍了机载合成孔径激光雷达的研究现状,分析了国内研究工作的主要问题和系统关键技术,并结合原理样机实例,提出了合成孔径微波SAR电子学技术和光学技术相结合的系统实现方案,同时分析了未来实用系统指标和技术途径,论述了机载合成孔径激光雷达的应用方向。

基于距离向多孔径接收的宽测绘带SAR成像方法的研究

该文提出了一种新的基于距离向多孔径接收宽测绘带合成孔径雷达(SAR)成像方法。首先对这种成像方法进行了严格的论证,并证明了运算中的加权矩阵为良态矩阵,然后分析了这种成像方法的计算量,讨论了这种宽测绘带SAR的信噪比,最后给出了仿真结果。

电离层时空变化对中高轨SAR成像质量的影响分析

中高轨道合成孔径雷达(SAR)是下一代星载SAR重要的发展方向之一,电离层影响分析是推动中高轨道SAR系统发展的关键技术。该文针对中高轨道SAR的系统特点,结合电离层时空变化特征,建立了背景电离层对中高轨道SAR系统的影响分析模型,重点分析了背景电离层及其时空变化对中高轨SAR系统图像质量的影响,主要包括距离向和方位向图像分辨率的下降以及图像位移。分析结果表明,电离层及其时空变化对中高轨SAR图像质量产生较为严重的影响,相同电离层条件下,对于分辨率相同的SAR系统,随着轨道高度的增加,电离层引入的误差对距离向分辨率和图像畸变以及方位向分辨率和图像位移产生的影响程度将增大。

基于修正均匀冗余阵列正反编码的稀疏阵列SAR下视三维成像处理

该文研究基于频分正交信号的机载交轨稀疏阵列SAR下视3维成像问题。为解决孔径综合方法带来的重复频率高、数据冗余量大和运动补偿等问题,提出一种基于修正均匀冗余阵列(Modified Uniformly Redundant Arrays,MURA)编码和干涉处理频域稀疏的3维成像方法,直接在距离频域稀疏采样条件下对目标场景进行下视3维成像。引入MURA编码对回波数据在阵列采样平面进行正反编码调制,分别获得两幅3维复图像,并通过干涉处理使信号3维频谱集中在低频段,利用频域低通滤波或压缩感知(Compressed Sensing,CS)实现目标场景3维成像。该方法具有回波数据利用率高和工作重复频率低的特点。仿真分析和试验数据验证了方法的有效性。