合成孔径雷达的并行成像算法研究及实现

随着合成孔径雷达 (SAR)成像技术的不断发展 ,对SAR图像的成像精度和实时率的要求也愈来愈高 ,尤其是军事领域 ,高实时率是SAR成像系统的一个关键指标。针对目前较流行的SAR成像算法———CS(ChirpScal ing)提出了适合于群集 (cluster)结构的并行机的中粒度并行算法及粗粒度并行算法 ,并对两种算法作了详细分析和比较     

SAR实时成像处理平台的设计与实现

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)实时成像处理中数据量大、数据吞吐率高、成像算法实现复杂等特点,提出了一种适合于SAR实时成像处理的共享存储器的分布式耦合系统架构,设计了高分辨率SAR实时成像中大IO带宽、高处理能力、大存储容量等解决方案.给出了详细的硬件实现以及成像处理平台的测试结果,并用实测雷达回波数据进行了实时成像验证.     

圆轨迹环视SAR成像处理

圆轨迹环视合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）是一种能够实现广域观测的新模式合成孔径雷达,由于它特殊的运动轨迹,直线SAR的成像算法不能直接应用于圆轨迹环视SAR数据处理。然而,对于圆轨迹环视SAR系统而言,其响应函数具有“沿角度维平移不变”的特性。因此可以利用这一特性,借鉴条带SAR成像算法的思想,在频域研究圆轨迹环视SAR数据的成像方法。推导了圆轨迹环视SAR回波信号的精确二维频谱表达式,并在距离多普勒域给出了一种圆轨迹环视SAR成像方法。仿真实验验证了算法的有效性。     

星载聚束SAR成像的一种预处理算法

针对星载SAR的高分辨率聚束成像模式,分析了雷达系统参数和成像区域大小之间的联系,说明了常用的基于接收时dechirp解调的算法不再适用于大范围的星载聚束SAR成像处理,同时接收回波时进行dechirp解调的方式也将不再适用。给出一种数据预处理方法来处理系统所接收的不经过dechirp解调的回波数据,在系统PRF保持和接收时dechirp解调方式一致的情况下,常用的聚束SAR成像算法(PFA、RMA等)经过少量修正就可以直接应用于大范围的星载聚束SAR成像处理。     

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。     

一种改进的双基地SAR数值计算传递函数成像算法

针对收发平台等速度平行飞行双基地SAR条带工作模式,提出了一种改进的双基地SAR数值计算传递函数成像算法.算法通过数值计算得到双基地二雏传递函数,通过场景坐标系向方位-斜距平面的映射校正了原算法中存在的沿距离变化的方位位置畸变,进而采用常规单基地SAR成像处理流程实现对双基地SAR回波数据的成像处理,最后通过点目标仿真验证了算法的有效性.由于距离徙动校正不需要插值计算,因此计算效率较高,适合进行高速并行成像处理.     

基于图拉普拉斯嵌入的合成孔径雷达时变窄带干扰抑制算法

合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)作为一种宽带系统, 常与同频段内其他有源电磁系统发生冲突, 这些信号相较于宽带SAR系统而言, 大部分是窄带干扰(narrow-band interference, NBI), 会对高分辨SAR成像系统产生严重干扰。早期关于NBI抑制问题的研究中, 很少有人注意到NBIs在不同脉冲之间可能具有局部时变特性, 这削弱了某些经典方法在干扰抑制上的性能。因此, 本文提出了一种图拉普拉斯嵌入(graph Laplacian embedding, GLE)算法, 通过在不同脉冲信号之间构建拉普拉斯嵌入关系来抑制NBIs。这使得局部时变的干扰能够被嵌入到非线性低维流形中, 并被有效去除。对实测受NBI干扰的SAR数据进行处理, 处理后的结果证明了所提方法的有效性。     

适用大场景高分辨合成孔径雷达的快速BP算法

在进行大场景、高分辨合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像处理时,基于后向投影(back-projection,BP)的SAR成像算法由于运算量大其应用受到限制,而基于快速变换的算法是在信号的频率域进行,要求线性孔径,对运动补偿的要求太高其应用也受到限制。提出了一种快速后向投影(fast back-projection,FBP)算法,对大场景、高分辨的SAR成像处理时其计算效率比传统的BP算法有显著提高。仿真结果表明,其成像质量与传统的BP算法相近。     

基于FFT BAQ的SAR原始数据压缩新算法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)原始数据频域压缩运算中基于快速傅里叶变换的分块自适应量化(fast Fourier transform based block adaptive quantization, FFT BAQ)算法实现复杂的问题,分析了SAR原始数据二维傅里叶变换后数据的能量分布情况。从香农率失真理论出发,利用信源微分熵确定最优的量化比特分配,提出了一种改进的FFT BAQ算法。分析了改进算法的复杂度,并与传统的FFT BAQ算法和BAQ算法做了相应的比较实验。实验表明,改进算法在保证原压缩性能的基础上降低了FFT BAQ算法的复杂度和对硬件的要求。     

利用OSA算法处理条带SAR数据

对重叠子孔径算法(overlappedsub aperturealgorithm,OSA)的原理进行了分析和研究,结合极坐标格式处理算法(polar formatprocessingalgorithm,PFA),对条带模式SAR回波数据进行成像处理。利用给出的算法,可以对PFA算法处理中残存的误差项进行补偿。计算机仿真和SAR实际数据成像结果验证了此算法的正确性和有效性。     

基于现场可编程门阵列的图像调焦系统

数字图像自动调焦技术,不仅能提高调焦精度,而且能降低对成像系统加工和装配精度的要求。采用基于功率谱的评价函数对成像系统的聚焦位置进行识别,提出了基于现场可编程门阵列(FPGA)的自动调焦系统实现方案,主要完成图像预处理、清晰度判别和对焦控制等功能。针对自动调焦算法计算量大、计算复杂等特点,采用中值滤波和灰度值线性变换的图像预处理方法,以及流水线作业、"乒乓"操作、双蝶形处理器复用、基-2 FFT算法相结合的工作模式。研究表明,利用FPGA强大的并行及高速数据处理能力,使得图像调焦算法不再成为复杂控制系统的速度瓶颈。     

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     

大点数FFT的多DSPs并行处理算法及实现

在FFT变体的基础上 ,提出一种新的并行算法 :先将数据在几片DSPs上并行地进行前几级蝶型运算 ,然后将结果汇总到另一片DSPs进行后几级蝶型运算 ,以实现大点数的FFT。该算法便于流水处理 ,只有一次简单的数据通讯 ,而且旋转因子规律简单易于将大点数FFT拆分成小点数FFT。应用该算法在多DSPs系统上 (5片TI公司的高速DSP芯片 :1片C6 2 0 2和 4片C6 70 1)实现 2 5 6K点复数FFT只需用 4 9ms,说明该算法有并行度高和易于实现的特点。     

基于复近似信息传递的多通道SAR成像方法

偏置相位中心天线(displaced phase center antenna, DPCA)技术作为一种实现高分辨率、宽测绘带宽的有效技术手段,被广泛应用于高性能合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)系统研制中。为了实现最佳的成像效果,DPCA雷达成像系统需要满足方位向均匀采样条件,否则会导致方位向等效相位中心的周期性非均匀分布,进而使用经典匹配滤波成像方法会产生严重的方位模糊。根据稀疏信号处理理论,本文提出了一种基于复近似信息传递(complex approximate message passing, CAMP)算法的多通道非均匀采样DPCA成像方法,可以有效地解决多通道SAR因非均匀采样所产生的方位模糊以及杂波干扰问题,实现对观测区域的高精度重建。仿真和实际数据实验验证了该方法的有效性。     

基于SPECAN处理的斜视SAR实时成像算法及其FPGA实现

斜视合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）成像具有广阔的应用前景。首先提出一种基于SPECAN算法的斜视SAR实时成像处理方法,具有运算量小、操作简单的特点。针对SPECAN处理带来的图像扇形畸变,提出采用Sinc插值校正方位采样间隔空变性的方法,实现图像扇形畸变的校正。在此基础上采用FPGA（field programmable gate arrays, FPGA）实时编程实现,重点阐述基于“空域滤波”思想的Sinc插值模块设计。实测数据处理结果验证了该算法的有效性及FPGA实时实现的可行性。     

曲线弹道SAR RD-Dechirp快视成像算法

研究了以景象匹配制导为目的的曲线弹道合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）快视成像问题。首先建立了曲线弹道SAR回波信号模型,分析了多普勒历程和距离徙动特点,提出了等效正侧视成像的概念,并分析了等效条件,大大减小了距离徙动校正难度和回波信号距离向与方位向的耦合,然后推导了曲线弹道SAR回波信号的二维频谱表达式,在此基础上提出了结合距离多普勒算法和频谱分析（spectral analysis, SPECAN）的快视成像方法。所提算法使用高效的SPECAN方法进行方位压缩, 能够完成曲线弹道SAR部分孔径数据的精确相干处理,没有因为孔径的非直线而增加成像算法的复杂性。