浅地层探地雷达方位分辨率衡量方法研究

由于探地雷达的方位分辨率与天线特性、所采用的信号处理算法、土壤特性等都有很大关系,所以衡量探地雷达的方位分辨率非常困难,也很难用一个公式对一部探地雷达的方位分辨率进行充分地衡量。从工程实用的角度,针对浅地层探地雷达回波的特性,提出一种利用A扫描能量图衡量浅地层探地雷达方位分辨率的方法,并论证了其合理性。该方法可以很方便用来衡量浅地层地雷达的方位分辨率,而且也可以用来衡量合成孔径算法的优劣。     

基于宽带二维合成孔径的三维成像算法

利用二维合成孔径并发射宽带信号,可以实现目标的距离-方位-方位三维成像,提出一种基于三维匹配滤波的高适应性三维成像算法。先选定成像焦点的位置,再根据场景参数计算出在该焦点处的回波数据,将其反转共轭充当整个目标回波的匹配函数,然后将该匹配函数与目标回波进行三维匹配滤波直接成像。该算法流程简单,适应性很强,对具有各种形状如矩形、圆形、三角形及不规则形状的二维合成孔径均适用,且在近场条件下具有比传统成像算法明显高的成像分辨率。通过详细的理论推导与典型示例证明了所提算法的有效性。     

一种基于估计理论的ISAR超分辨成像方法

针对逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像中给定合成孔径长度下方位向匹配滤波脉冲压缩输出的主瓣分辨率随雷达至等效阵列距离变化这一难题,基于线性系统理论,通过目标方位向回波信号的等效建模,提出了一种基于最小均方估计理论的超分辨成像方法。不同于传统基于谱估计的超分辨成像方法,该方法利用对目标系统方位向冲击响应的估计信号进行成像,因而能够完全消除雷达至等效阵列的距离对方位向分辨率的影响。仿真实验证实了该方法的有效性。     

机载环扫成像雷达数据处理方法研究

经典的聚焦式合成孔径和非聚焦式合成孔径数据处理方法主要用于星载或机载侧视成像 ,而环形扫描成像是一种特殊的成像方式 ,不能直接利用经典的成像处理算法。为了解决环形扫描高分辨率成像问题 ,概述了环扫成像雷达的工作方式 ,介绍了用聚焦式合成孔径和非聚焦式合成孔径提高方位分辨率的 3种实现方法。通过仿真验证了这 3种方法的有效性。该方法也可用于非环扫成像雷达系统。     

圆迹SAR运动误差分析及补偿技术

圆迹合成孔径雷达(circular synthetic aperture radar,CSAR)可以对感兴趣的区域进行全方位、长时间观测,同时获得高分辨的图像。CSAR长合成孔径时间和宽波束角的特点,导致其回波相位具有复杂的距离空变性和方位空变性,无法直接运用传统运动补偿算法。详细分析了该成像模式下雷达的三维位置误差对回波包络和相位的影响,将Chirp-Z变换引入到包络误差的空变性补偿中,提出了CSAR距离和方位空变的运动补偿方法。仿真结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于APES的超分辨广域成像算法

多普勒波束锐化(Doppler beam sharpening, DBS)技术可以快速地对广阔地面场景进行成像,但存在成像分辨率不高的问题。简单介绍了DBS的成像原理,建立了方位向超分辨的信号模型,并在此基础上提出一种新的超分辨广域成像算法。该算法将脉压后的回波信号建模为一系列不同多普勒频率散射点的叠加,利用幅度相位估计(amplitude and phase estimation, APES)方法对脉压后的数据进行多普勒分析,进行方位向的成像。仿真结果与实测数据表明,所提算法可以获得清晰的广域超分辨图像。     

基于合成孔径方法的潜艇二维高频声散射特性分析

水下复杂形状目标的散射特性预测一般采用真实孔径成像,但其存在图像分辨率难以提高,无法获取复杂目标的精细结构特征的弱点.而相比之下,合成孔径声纳成像方位分辨率很高,成像质量有较大改善,因此我们依据潜艇散射的物理声学Kirchhoff积分原理和CAD技术,通过对潜艇建模仿真得到其散射回波数据,进而采用合成孔径技术实现对潜艇二维声散射特性的分析,得到了高分辨率的二维声图像.在一些水下装备的研制论证阶段,采用该方法可以有效地预测其散射特性,为设计低目标强度的装备提供依据.     

基于压缩感知的频率步进探地雷达成像算法

与时域无载频脉冲体制的探地雷达技术相比,频率步进探地雷达（stepped frequency ground penetrating radar, SFGPR）具有较多优越性,但由于其工作频率是以阶梯方式步进,导致成像速度较慢。提出了一种基于压缩感知(compressive sensing, CS)的频率步进探地雷达成像算法。实验结果表明,基于CS理论构建的CS SFGPR系统具有数据采集时间短、成像速度快等特点。〖JP〗     

MIMO雷达反向投影成像算法

针对多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)雷达的多收发固定阵列结构,在标准反向投影(back projection, BP)成像算法基础上,提出了一种修正BP成像算法。该算法首先对MIMO雷达距离压缩回波数据进行时延曲线校正处理,而后沿方位向直接相干叠加各路回波处理数据,从而无需距离插值即可实现方位聚焦。与标准BP算法相比,修正BP算法大大降低了运算量,同时也克服了现有快速BP算法大都没有考虑距离插值运算的缺陷。MIMO雷达外场实测数据处理表明：与标准BP算法相比,修正BP算法有效节省了运算时间,并保持了雷达成像质量。     

基于Beta过程的高分辨ISAR成像

对于高信噪比、完整回波、目标平稳运动等理想观测环境, 现有成像技术已经较为成熟, 可以获得聚焦良好的高分辨逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)像。但在实际中的方位回波缺损与低信噪比观测情况下, 随机相位误差等因素会降低现有成像算法的性能甚至使其失效。本文首先建立了ISAR稀疏观测模型, 并基于稀疏贝叶斯学习理论, 通过引入Beta过程非参数先验构建层级概率模型, 进而交替利用Gibbs采样及最大似然方法对ISAR像及随机相位误差进行估计。实验结果表明, 所提方法在低信噪比、回波缺损等复杂观测环境下能够获得聚焦良好的ISAR图像。     

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。     

Novel imaging methods of stepped frequency radar based on compressed sensing

The theory of compressed sensing (CS) provides a new chance to reduce the data acquisition time and improve the data usage factor of the stepped frequency radar system. In light of the sparsity of radar target reflectivity, two imaging methods based on CS, termed the CS-based 2D joint imaging algorithm and the CS-based 2D decoupled imaging algorithm, are proposed. These methods incorporate the coherent mixing operation into the sparse dictionary, and take random measurements in both range and azimuth directions to get high resolution radar images, thus can remarkably reduce the data rate and simplify the hardware design of the radar system while maintaining imaging quality. Experiments from both simulated data and measured data in the anechoic chamber show that the proposed imaging methods can get more focused images than the traditional fast Fourier transform method. Wherein the joint algorithm has stronger robustness and can provide clearer inverse synthetic aperture radar images, while the decoupled algorithm is computationally more efficient but has slightly degraded imaging quality, which can be improved by increasing measurements or using a robuster recovery algorithm nevertheless.     

一种SAR成像中的非均匀采样重构方法

方位向非均匀采样是合成孔径雷达获取高分辨率图像的瓶颈之一,它导致图像的方位向分辨率、峰值旁瓣比和积分旁瓣比恶化,成像质量变差。提出了具有较高补偿精度和计算效率的非周期内插零的方法,在两个采样点之间插入非周期的零值,利用快速傅里叶变换在频域实现均匀采样重构,分析了插值倍数以及非周期的残留误差对图像指标的影响。仿真结果验证了方法的有效性。     

雷达图像的分辨特性

本文较全面和系统地论述了真实孔径及合成孔径雷达图像的分辨特性，给出了距离分辨率、方位分辨率和辐射分辨率的定量计算关系式。阐述了多种辐射分辨率定义的内涵，并对其相应的错误概率进行了比较。引入了雷达图像的分辨体积和可懂度的概念，并且完成了雷达图像分辨特性的方形像元等效。这些论述对于雷达图像质量的评估和相互比较，以及雷达系统参数的设计具有重要意义。     

滑动聚束FMCW-SAR的子孔径成像算法

滑动聚束调频连续波SAR结合了滑动聚束模式和调频连续波SAR的优点,可以获得比条带模式更高的方位分辨率和比聚束模式更宽的方位测绘带区域。分析了其成像具有方位相干积累时间长和距离徙动严重的特点以及小负载平台上运动补偿对高分辨率成像的重要性。建立了其信号模型并推导了距离多普勒域频谱,据此给出了一种基于Chirp-Z变换校正距离徙动差的子孔径算法。不同于聚束模式子孔径处理,滑动聚束模式子孔径算法不仅需要子孔径间的相干叠加以实现全分辨率,而且要子孔径拼接以输出方位连续场景。仿真数据的处理结果验证了该算法的有效性和正确性。     

曲线合成孔径雷达信号模型与孔径形状研究

基于曲线合成孔径雷达原理与空间几何关系,讨论了曲线合成孔径雷达信号模型与成像方法,推导出目标的一维及二维信号模型,并将其扩展到三维空间。考虑到不同的曲线孔径形状将对方位分辨率和高度分辨率有不同影响,详细研究了各种不同形状的曲线孔径,给出了各自的优缺点和适用条件。结论是,上下、左右对称的孔径形状较不对称的效果更优,L型孔径将导致很高的旁瓣。仿真实验结果对真实飞行航迹具有指导作用。     

ISAR成像系统的二维资源自适应调度算法

现有认知雷达成像系统的资源调度策略只从距离向(或波形设计)或者方位向一个维度进行资源调度,没有充分分配和利用雷达系统资源,为此提出了一种针对步进频率逆合成孔径雷达成像系统的二维资源自适应调度算法,来进一步提高雷达系统的工作效率。该算法在对目标特征认知的基础上,根据压缩感知原理,计算对目标二维稀疏观测所需脉冲资源,依据二维资源调度模型,自适应分配二维脉冲资源,实现对多目标的交替稀疏观测成像。最后通过仿真验证了算法的可行性并与常规算法相比在资源饱和的情况下,可以执行更多的成像任务。     

基于局部混合滤波的SAR图像去噪

相干斑噪声是合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像系统所固有的缺点,严重影响SAR图像的可用性,给后续的图像分割、特征提取和目标识别等工作带来严峻的挑战。结合非下采样方向滤波器和双树复小波变换各自的特点,提出一种新的基于非下采样方向滤波-双树复小波变换的局部混合滤波SAR图像去噪算法,具有多方向和多尺度性,保持了图像的平移不变性,改善了图像的视觉效果。与其他算法不同,本文算法采用非下采样方向滤波器级联双树复小波的方法,不仅对每次产生的高频分量进行去噪,还对变换所产生的低频分量进行滤波去噪。实验结果表明：与使用同级双树复小波-轮廓波变换加软阈值去噪相比,本文算法的峰值信噪比提高2 dB;与使用轮廓波加循环平移（cycle spinning, CS）软阈值算法去噪相比,本文算法去噪后的图像不仅峰值信噪比有所提高,而且去噪后的图像更为平滑,抑制了人造纹理产生,视觉效果得到了明显改善。     

基于贝叶斯模型的shearlet域SAR图像去噪方法

通过对合成孔径雷达(synthetic-aperture-radar,SAR)图像相干斑噪声的特点分析,提出一种基于贝叶斯模型的shearlet域SAR图像去噪方法。首先将变换后的SAR图像在shearlet域进行稀疏表示,得到稀疏系数的分布;其次利用贝叶斯模型进行信号和噪声检测的建模,得到最佳的阈值;然后根据稀疏系数在不同方向上相关性不同的特点,利用自适应加权收缩算法对SAR图像噪声进行平滑处理;最后利用降噪后的高频子图像和低频子图像进行逆shearlet变换,得到SAR重构图像。通过在MSTAR数据库上的实验表明,该算法在滤除相干斑噪声的效果上比其他方法更好,并且不会损失图像的边缘特性。     

Grating lobes suppression method for stepped frequency GB-SAR system

A grating lobes suppression method for chirp-subpulse stepped frequency（CSSF） signals is proposed, which is applied to deformation monitoring using the ground based synthetic aperture radar（GB-SAR） system. This method is based on accurate estimation and correction of the phase and amplitude error along two dimensions（range and azimuth）, i.e., the error estimation inside the subpulse（in-subpulse error） and across the stepped frequency subpulses（cross-subpulse error） of transmitted CSSF signals. Validated both with simulated data and experimental data recorded in the deformation monitoring campaign, it can be seen that the method as well as the relative conclusions can be fully and effectively applied to most of the stepped frequency systems.