一种调频连续波SAR的非线性距离多普勒算法

频率非线性是制约调频连续波雷达距离分辨率的一个关键因素。针对系统非线性误差对调频连续波(frequency modulated continuous wave, FMCW)合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）成像处理的影响以及雷达系统实时成像处理的需求,对存在频率非线性误差的调频连续波SAR回波信号进行了建模,分析了调频连续波去斜接收模式下的回波特性,深入研究了系统非线性误差校正的问题,提出了一种改进的调频连续波SAR的非线性距离〖CD*2〗多普勒成像处理算法。该算法通过非线性误差滤波器校正距离向非线性误差,具有计算量小,处理精度高的特点,适合实时成像处理。最后,通过理论推导和仿真分析,验证了算法的可行性和正确性。     

基于载机运动特征的FMCW SAR前视成像仿真分析

基于阵列技术的机载前视线性调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)能对载机前方区域高分辨成像,且能满足机载SAR小型化的需要。针对前视成像若不考虑载机运动时信号模型不完整和系统应用受到制约的问题,提出基于载机运动特征的FMCW SAR前视成像。分析了前视FMCW SAR与脉冲SAR信号收发模式等问题的异同,建立了基于载机运动特征的前视FMCW SAR信号模型。分析了载机运动的影响,并重点讨论了载机运动引入的多普勒频率偏移。结合距离-多普勒(RD)算法流程给出了多普勒频率偏移的补偿方法并进行了仿真研究。结果表明,载机运动会引起点目标航线向主瓣展宽、旁瓣畸变以及目标位置的搬移,通过补偿可有效消除载机运动的影响。     

超高分辨率机载聚束FMCW SAR成像方法研究

运动补偿问题是制约机载调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)实现超高分辨率成像的瓶颈.在考虑了载机存在非理想运动的情况下,讨论了信号持续时间内载机运动的补偿问题;深入分析了超高分辨率聚束SAR成像运动误差的空变特性;进而提出了适用于超高分辨率机载FMCW SAR成像的逆投影成像算法以及包括运动补偿环节的成像处理方案,并与基于波数域算法的方案进行了比较.理论推导和仿真实验,验证了方案的可行性和正确性.     

基于方位向门限的FMCW MIMO雷达波束形成成像算法

针对传统波束形成算法的旁瓣效应在调频连续波多输入多输出(frequency modulated continuous wave multiple-input multiple-output,FMCW MIMO)雷达的成像结果中造成的方位向虚警问题,提出了一种基于方位向门限的改进成像算法。首先从原始数据中分别提取目标的距离向、方位向信息,然后单独将方位信息归一化之后使用门限检测实现了对方位向虚假目标的抑制,最后结合距离向信息与方位向信息得到了成像结果。仿真成像实验证明,该方法能使得成像结果中的虚警概率明显降低,外场实验的成像结果进一步验证了所提出算法出色的成像性能。     

基于时频交叉乘积的调频连续波SAR干扰方法研究

调频连续波(frequency modulated continuous wave, FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)具有隐蔽性好、成像分辨率高等显著优点，其被广泛应用于军事目标侦察与打击中，如何施加快速有效干扰成为了现今研究的重要问题。提出了一种基于时频交叉乘积的FMCW SAR干扰方法，通过截获信号与干扰图像模板进行调制，生成干扰信号，同时在处理FMCW SAR截获信号的过程中采用去斜处理，使得处理过程中信号采样率大幅降低。所得方法实现了逼真虚假场景生成，减小了干扰机调制过程中的运算复杂度，降低了硬件压力，具有工程可行性。     

偏置相位中心方位多波束SAR天线姿态误差分析

偏置相位中心多波束合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)解决了分辨率和测绘带宽之间的矛盾,但在应用中会出现新的误差。提出并分析了天线长度方向偏离飞行方向(方位向)所引起的回波信号相位误差及对成像的影响,给出了计算机仿真结果。并提出了可以应用天线姿态误差来解决方位向非均匀采样问题的可能性。     

调频连续波弹载SAR成像方法

调频连续波(frequency-modulated continuous-wave, FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)具有体积小、重量轻、峰值功率低等优点,因此FMCW-SAR在精确制导领域具有较大的应用潜力。针对俯冲下降阶段的弹载SAR成像,建立了FMCW-SAR回波信号模型;通过分析可知,与常规机载FMCW-SAR不同,弹载条件下雷达平台相对较高的运动速度给差频输出信号引入特有的剩余二次相位,影响距离向的聚焦;针对该问题,提出了一种子孔径成像处理方法,通过在二维频域构造相应的剩余二次相位补偿函数,较好地改善了距离向的聚焦质量和成像效果。成像处理不涉及插值,所有操作均由快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)和相位点乘构成,运算效率较高。最后的点目标成像仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于非均匀FFT的超宽带合成孔径雷达高效成像算法

超宽带合成孔径雷达(ultra-wideband synthetic aperture radar,UWB-SAR)成像算法中后向投影算法(back-projection algorithm,BPA)和可扩展的Omega-K算法成像精度很高,但成像处理中的复数插值操作带来了较大的运算负担。非线性调频变标算法(nonlinear chirp scaling algorithm,NCSA)不存在复数插值处理,成像效率较高,由于级数展开处理存在近似,SAR图像存在一定的距离方位耦合副瓣。提出了一种新的UWB-SAR成像算法,通过对SAR距离脉压后的距离时域数据进行非均匀傅里叶变换,去除距离方位的耦合。图像消除了距离方位耦合副瓣,具有较好的质量。随着成像点数的增多,本文算法成像效率接近NCSA成像效率。仿真结果验证了该算法的正确性。     

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NCS改进SAR大斜视角RD成像算法

SAR在大斜视时距离向和方位向存在着严重的耦合,为了消除这种耦合,分析了一种基于非线性调频变标NCS的改进RD算法。它充分利用大斜视角回波信号的大距离走动、小距离弯曲的特点,首先在距离向校正距离走动,然后采用非线性调频变标NCS来补偿方位向调频率的空变性,最后通过几何校正完成目标成像。同时仿真模拟场景的原始回波信号并对改进后的算法进行仿真,仿真结果表明,该算法可有效补偿方位向调频率的空变性,具有较高的精度,满足大斜视角下的成像要求。

Abstract：

To eliminate the serious coupling between azimuth and range for SAR in large squint mode,an improved RD imaging algorithm based on nonlinear chirp scaling was proposed,which made full use of the characteristic of SAR echo signal in large squint mode,which featured large range walk and small range curvature.First,range walk was corrected.Second,nonlinear chirp scaling operation was adopted to compensate the azimuth-dependent chirp rate.Finally,geometry correction was used to correct geometric distortion.Meanwhile the raw echo signal of the scene and the improved algorithm was simulated.Simulation results illustrate that it efficiently compensates the azimuth-dependent chirp rate,possesses high precision and satisfies the imaging quality of SAR in large squint mode.     

凝视数字多波束合成孔径雷达系统性能分析

针对传统合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在实现远距离高分宽幅成像中存在的问题,提出了凝视数字多波束SAR的概念.凝视数字多波束SAR将成像区域在距离和方位向分割为多个子区域进行独立成像,避免传统SAR在高分宽幅成像中的限制;利用完整天线口径和数字波束形成(digital beam-forming,DBF)技术,形成方位向和俯仰向多个高增益的接收窄波束,并控制接收波束对每个子区域进行凝视观测,延长成像时间,提升分辨率.根据上述基本原理,通过对凝视数字多波束SAR的建模,完成对成像系统的性能分析.数值仿真表明,凝视数字多波束SAR系统不仅可以实现高分宽幅成像,具有良好的成像性能,而且可以通过增加天线增益,降低系统发射功率,扩展了SAR的应用领域.     

高分辨SAR的距离-多普勒-距离成像方法

介绍了一种新的雷达成像方法———距离 多普勒 距离成像方法。这种方法的方位向线性调频相的补偿和聚焦成像处理与雷达发射的信号形式无关 ,仅距离向成像与雷达发射的信号形式有关。方位向成像在距离向傅里叶变换之后、匹配处理之前进行 ,它可有效地消除信号中随时间变化项所造成的距离徙动的影响 ,且算法结构简单 ,运算量少。对成像方法进行了理论分析 ,并做了计算机仿真 ,最后用实际数据进行了成像 ,得到了清晰的SAR图像     

曲线轨迹SAR大斜视子孔径成像算法

针对小型合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)平台曲线轨迹运动、大斜视实时成像的要求,提出一种子孔径成像算法,首先进行预处理,补偿加速度对调频率的影响,再采用级数反演法(method of series reversion, MSR)得到回波信号的高阶近似二维谱。在此基础上,基于方位频域相位滤波处理校正方位调频率空变,最终利用谱分析(spectrum analysis,SPECAN)技术实现方位统一聚焦。点目标仿真数据验证了本文算法的有效性。     

稀疏场景下SAR方位向随机丢失数据的迭代成像算法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)方位向随机丢失部分数据导致目标模糊和能量分散的问题, 提出基于稀疏优化理论的重建成像方法。该方法主要针对稀疏观测场景的SAR方位向随机缺失数据的回波信号进行成像处理, 利用SAR回波模拟算子, 避免了二维回波信号矩阵变成向量的操作, 从而减小了内存占用和计算量。所提出的基于SAR近似观测模型的迭代优化重建算法能够实现对观测目标幅度的高精度重建。和传统基于匹配滤波的SAR成像算法相比, 提出的算法能够明显地消除SAR方位向随机丢失部分数据引起的目标模糊和目标能量分散。和迭代软阈值收缩算法相比, 提出的算法重建的目标幅度误差更小。理想的点目标回波数据和真实的星载SAR稀疏观测场景的回波数据处理表明了所提算法在减少重建目标误差、提高观测目标区域的目标背景比等方面有较大的优势。     

SAR实时成像系统中方位向滤波器设计研究

方位向降采样滤波器作为机载合成孔径雷达（Synthetic Aperture RADAR，SAR）实时成像系统中关键组成部分之一，其性能将直接关系到图像质量的优劣。由于受到运算代价、存储开销的限制，方位向降采样滤波器的阶数不能很高。如何在滤波器阶数受限的情况下，设计出满足实时处理要求的性能优异的滤波器是一个值得研究的问题。针对机载SAR实时成像系统应用，提出了一种新的方位向降采样滤波器设计方法，引入增广拉格朗日函数实现了通带均方误羔曩小，阻带曩大误羔曩小准则的方位向降采样滤波器。计算机仿真验证说明了该设计方法的优越性，在同样阶数、同样存储开销的情况下，所设计的滤波器性能要优于纯粹的最大误差最小准则设计的滤波器，满足了机载SAR实时成像系统的要求。     

基于方位相位编码线性调频波形的MIMO-SAR

现有的多发多收合成孔径雷达（multiple-input multiple-output synthetic aperture radar, MIMO-SAR）正交波形正交性不足,回波间相互干扰严重,难以满足实际应用的要求。为此提出一种方位相位编码（azimuth phase coding, APC）线性调频(linear frequency modulation, LFM)波形,该波形对不同发射通道发射的线性调频信号进行相应的方位相位编码,其回波分离在方位相位解调后通过方位波束形成实现,回波间的干扰能够被充分消除。可用于高度维多发多收合成孔径雷达系统,提高多基线干涉SAR（interferometric SAR, InSAR）的干涉测高精度或三维成像的高度维成像性能。仿真结果验证了该波形的可行性及方位波束形成回波分离方法的有效性。     

弹载双基前视SAR建模及运动/同步误差分析

弹载双基前视合成孔径雷达（missile-borne bistatic forward-looking synthetic aperture radar, MBFL-SAR）是一种将双基前视SAR成像体制应用于弹载平台的新型SAR成像模式,可实现弹载雷达末端俯冲阶段全程二维成像、自主寻的精确制导。结合MBFL SAR的运动特点,建立了高动态条件下的回波距离模型,并就多普勒频率和多普勒调频率等参数与常规低速双基平台模式进行了对比分析。在此基础上建立了高动态条件下存在运动误差情形的斜距历程、多普勒频率及多普勒调频率误差模型和同步误差模型,并基于误差对MBFL-SAR成像的影响给出了运动参量的约束条件和同步误差的精度要求。仿真结果验证了误差模型的正确性。     

SAR多普勒移频间歇采样转发干扰方法

针对波形捷变合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)提出一种新的干扰方法:多普勒移频间歇采样转发干扰。首先依据调频斜率捷变SAR信号方位向时延和多普勒移频的耦合特性,提出SAR多普勒移频干扰方法,在此基础上,为产生方位向位置精确可控的多假目标,结合方位向间歇采样转发干扰技术,研究了SAR多普勒移频间歇采样转发干扰机理,并对干扰效果及影响因素进行了详细分析。为同时形成距离向超前和滞后的假目标,建立了干扰应用模型,给出了各阶假目标能量补偿系数及多组假目标产生方法,可同时满足重点目标和重要区域的防护需求。理论分析和仿真实验证明了干扰方法的可行性、有效性。     

凝视数字多波束合成孔径雷达系统性能分析

针对传统合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）在实现远距离高分宽幅成像中存在的问题,提出了凝视数字多波束SAR的概念。凝视数字多波束SAR将成像区域在距离和方位向分割为多个子区域进行独立成像,避免传统SAR在高分宽幅成像中的限制;利用完整天线口径和数字波束形成（digital beam forming, DBF）技术,形成方位向和俯仰向多个高增益的接收窄波束,并控制接收波束对每个子区域进行凝视观测,延长成像时间,提升分辨率。根据上述基本原理,通过对凝视数字多波束SAR的建模,完成对成像系统的性能分析。数值仿真表明,凝视数字多波束SAR系统不仅可以实现高分宽幅成像,具有良好的成像性能,而且可以通过增加天线增益,降低系统发射功率,扩展了SAR的应用领域。     

基于时频联合尺度变换的中轨SAR斜视成像方法

在中轨合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像中,大斜视角以及长合成孔径时间会导致信号产生严重的距离走动和二维空变。首先，针对信号的距离走动问题,采用了变脉冲重复频率(pulse repetition frequency, PRF)技术对回波进行录取,消除大距离走动带来的回波接收问题。然后，针对传统的波数域算法不能实现大斜视中轨SAR信号的聚焦问题,提出了一种结合改进的Stolt插值的时频联合尺度变换的成像方法,利用方位时间尺度变换来解决信号方位调频率的2次空变,再使用改进的Stolt插值完成距离徙动校正。最后,利用多普勒尺度变换来处理剩余的高次空变。通过仿真结果可以证明所提算法的有效性。