SAR实时成像系统的快速定点仿真验证技术

SAR实时成像处理系统的定点化优化能够减小系统存储规模、提高系统运算速度,是降低系统功耗、减小系统规模、提高实时性的有效方法.本文以CS成像算法为例,分析并统计了算法的运算量,针对其核心运算--FFT进行了定点化优化,选择基-22FFT算法,设计了合理的定标策略.采用SystemC语言对整个SAR成像系统进行了系统级快速仿真和验证,真实模拟了FPGA系统的实现结果.对16 384×16 384大小的点阵数据和面目标数据采用24 bits的字长进行了成像仿真,仿真结果满足系统指标要求.      

基于修正斜距模型的GEO SAR远地点的CS成像算法

针对地球同步轨道SAR（GEO SAR）卫星的轨道曲率大,若使用传统直线斜距模型,将不能正确地描述卫星处于远地点时场景目标的“近远近”斜距历程,建立了一种曲率为负的修正斜距模型. 该模型能够准确地描述远地点目标的斜距历程;基于该修正的斜距模型精确地推导了GEO SAR远地点回波信号的二维频谱表达式,并给出了一种适用于GEO SAR远地点成像的修正CS成像算法;在方位向成像处理时补偿随距离线性变化速度引起的空变相位,实现GEO SAR较宽的成像幅宽的聚焦处理. 并通过场景尺寸为100 km×100 km点阵的GEO SAR成像处理,验证了该基于修正斜距模型的CS成像算法的有效性.      

机载聚束式SAR的实时成像算法

聚束式SAR适用于小场景成像,目前聚束式SAR的成像算法有很多,基于实际系统中实时性的要求,可采用S-RD算法来完成对目标的成像．由于成像区域较小,距离徙动的影响较小,成像算法可分维处理．在距离维,采用去斜技术对回波进行处理,实现脉冲压缩;在方位维,用方位向匹配函数实现方位向聚焦,最后计算该算法的运算量．试验结果表明：该算法步骤简单,运算量小,可被应用于实际系统中完成对目标的实时成像．     

SAR虚假图像欺骗干扰算法改进研究

虚假图像目标欺骗干扰是对合成孔径雷达(SAR)电子对抗战中的一种有效对抗方式.但是因为虚假图像目标是由许多虚假点目标构成,所以传统的欺骗干扰信号生成算法运算量非常大,实时性很差.为了克服虚假图像目标欺骗干扰实时性较差的难题,在对SAR虚假图像目标欺骗干扰快速算法的研究后提出了一种改进算法.利用虚假小型几何目标作为虚假图像的基本像素点,然后在距离向和方位向上搬移得到SAR虚假图像.算法的复杂度定量分析表明,算法运算量具有非常显著的改进效果,仿真试验结果证明了改进算法的有效性.     

FIR-RD快视算法方位向二维频谱匹配流程的改进

为了实现星载SAR快视处理的实时性,根据星载SAR数据FIR-RD快视成像算法的特点,分析了距离徙动校正对方位向匹配的影响.针对快视成像最耗时的方位向匹配流程,根据方位向匹配矩阵参考函数的特点,提出了方位向二维匹配处理的改进方法.实验结果表明,运算量降为优化前运算量的1/10,实现了快视系统的实时处理.     

聚束式SAR斜视模型子孔径CS算法

提出一种适合于大场景的聚束式合成孔径雷达(SAR)成像算法.该算法对经典的chirp scaling(CS)算法进行了改进,将雷达回波数据在方位向分为多个子孔径进行成像处理,对每个子孔径采用斜视等效距离模型,通过对回波信号在距离压缩过程中引入距离尺度变化,合理选择变尺度因子,消除了子孔径间距离拉伸尺度的差异.修正了相位补偿因子,使距离向压缩结果体现出方位时间.方位向压缩后,将各子孔径数据按时间先后排序拼接、运算,合成出全孔径分辨率图像.计算机仿真实验证明了该算法的有效性.     

一种改进的Wilson-θ法及其计算稳定性

考虑系统计算运动参数的协调,运用系统的动力平衡改进Wilson-θ法积分.近似认为时间步长内,系统平衡方程与Wilson-θ法计算假定附加的系统运动约束条件的不协调程度不变,时间步长内产生的不平衡计算加速度,分量将为常量,由此导出时间步长终点的系统修正位移、速度和加速度计算式.结果表明,改进算法保留了Wilson-θ法在θ≥1.37时的无条件计算稳定性.算例结果显示,当时间步长取0.28 s时,改进算法减少约85%的相对误差,且明显减小了Wilson-θ法的超越现象.     

一种双基SAR的SR-ECS成像算法

由于双基SAR的斜距历史和几何关系比单基SAR复杂得多,因而其成像难度较大．文中首先通过级数反演法计算得到了目标的二维频谱,接着通过双基参数的数值近似得到了距离空变量的解析表达式,在此基础上,提出了一种适用于平行等速双基SAR的SR-ECS（series reversion-extended chirp scaling）成像算法．理论分析和实验结果表明,该算法的适用范围广、精度高并且运算量小．     

低信噪比下的变步长最小均方自适应算法及其在时延估计中的应用

为提高变步长最小均方(LMS)自适应算法在噪声干扰下的时变时延跟踪性能,提出改进的变步长LMS自适应算法.该算法对MVSS-LMS算法进行误差均值补偿,改步长因子固定范围约束为动态变化约束;使用HB加权突出自适应滤波器权系数峰值,采用滑动窗遗忘加权减小计算复杂度.自适应时延估计仿真实验和消声水池目标被动定位试验表明:相比于参数固定条件下的MVSS-LMS算法和SVS-LMS算法,改进算法能够获得更好的时变时延跟踪性能.     

改进的斜视机载合成孔径雷达RD成像算法

距离一多普勒算法是合成孔径雷达成像处理中最常用的方法之一,通过在距离一多普勒域中插值来校正距离徙动.研究了机载合成孔径雷达在小斜视角下的成像算法,给出了机载斜视SAR的空间几何模型和回波信号特点.提出了改进的RD算法进行距离走动的校正,避免了插值运算,从而降低了计算复杂度.方法能满足小斜视角下的机载SAR成像处理,并进行了计算机仿真.理论分析和仿真结果表明:改进的RD算法是有效的,在峰值旁瓣比和积分旁瓣比几乎不变的情况下成像时间缩短了近3倍.     

合成孔径雷达定点CS算法量化噪声分析

为了实现星载合成孔径雷达(synthetic apertureradar,SAR)成像处理器小型化和实时信号处理,该文重点研究定点运算和有限字长存储引入的量化噪声。根据chirpscaling (CS)成像算法,建立了CS算法定点运算的量化误差模型,分析了处理流程中的量化噪声,推导了系统输出噪信比与系统字长、FFT长度等参数之间的关系。采用不同系统字长对Radarsat-I数据成像,图像质量分析与所述理论一致,结果表明:通过计算处理流程的噪信比,可实现定点SAR成像处理器系统字长等关键参数的设计。     

用于VHF/UHF波段SAR成像的改进型NLCS算法

文章分析了VHF/UHF波段合成孔径雷达的成像特点及其对成像算法的要求,提出用高阶相位滤波来消除距离与方位向之间的高阶相位耦合,用非线性CS技术来消除距离变化引入到二次距离压缩中的残余相位误差,从而得到了一种适用于VHF/UHF波段SAR成像的改进型NLCS算法.通过仿真验证了算法的有效性,该算法对于VHF/UHF波段SAR成像具有较高的实用价值.     

基于FPGA的SAR原始数据实时压缩系统设计与实现

文章讨论一种基于FPGA,并采用分块自适应量化(BAQ)算法的SAR原始数据实时压缩处理系统的设计方法,该设计可大大提高实时压缩处理系统的性能,降低数据率,突破卫星下传数据率的限制。BAQ模块内部采用4路并行处理的逻辑结构来计算数据块的统计特性;优化设计量化电平实时计算乘法器资源、量化比较逻辑结构;当I/Q两路采用多模块分时复用模型时,可使整个系统压缩处理能力成倍增加。通过测试表明,BAQ模块的最高运行速度可达到149 MHz,单个模块处理能力已达到1 Gbps以上,其中压缩比8/3时信号失真噪声比(SDNR)大于14 dB。     

改善机载雷达方位聚焦的成像处理试验研究

雷达（SAR）信号相位的稳定性对于成像处理后图像的方位向分辨率的高低有至关重要的影响．由于飞行平台运动误差或湍流大气中微波传播的影响会直接导致信号相位的波动,机载SAR的方位聚焦一直是SAR成像研究中的重要内容．这里介绍一种基于相位梯度自动聚焦矫正信号相位的高分辨率机载SAR成像处理方法,利用这种方法,对真实的机载SAR信号实验数据进行成像处理．试验表明：在缺乏机载平台运动补偿系统提供飞机运动状况信息的情况下,该成像方法能够有效地估计和补偿相位误差,从而可获得方位向分辨率明显提高的机载SAR图像．     

合成孔径雷达实时成像视频信号的模拟方法

建立了合成孔径雷达回波视频信号模型,提出了一种用AWG520任意波形发生器生成SAR回波视频信号的方法,并用这种方法模拟了SAR实时成像的回波视频信号.把这种视频信号通过A/D采样送入SAR实时处理机,用来考查SAR实时处理器连续动态成像的性能,如实时性图象拼接、多普勒中心估计、载机运动补偿及SAR前斜视成像性能等.     

BCOISOA--BP网络在磨矿粒度软测量中的应用

传统人群搜索(SOA)算法通过计算搜索方向、搜索步长和搜寻更新个体位置三个步骤进行寻优.它的缺点在于计算量大,种群之间信息交流少,导致寻优速度慢.针对人群搜索算法存在的缺点,本文提出二项交叉算子改进人群搜索算法(BCOISOA)对其改进.在计算搜索步长方面,本文采用随机数与最大函数值位置乘积判断子群位置,进而提高全局寻优计算速率.在更新位置方面,本文提出二项交叉算子加强种群之间的联系,避免在更新搜索方向过程中,算法因局部最优而导致过早收敛,进而达到快速、准确寻找最优解的目的.本文将以上二项交叉算子改进人群搜索-BP神经网络算法应用在二段式磨矿过程中,实现磨矿粒度在线软测量.仿真结果表明,与人群搜索算法和粒子群算法进行比较,二项交叉算子改进人群搜索算法收敛速度更快,预测精度最高,满足对磨矿粒度实时检测的要求.     

星载合成孔径雷达实时快视成像系统

给出了一种基于多数字信号处理(DSP)并行处理技术的星载合成孔径雷达(SAR)快视成像系统设计,比较了多种星载SAR成像算法.针对某星载SAR参数提出了优化的实时算法流程,系统实现了对L波段星载SAR距离向1/4降分辨率和方位向四视实时成像处理.通过仿真和实测数据,分析和验证了系统成像结果.     

采用斜距波数子带划分的SAR 图像自聚焦方法

小型旋翼无人机载合成孔径雷达在运动中易受大气湍流等因素影响,产生二维空变的运动误差,影响SAR成像质量。本文提出一种基于拟极坐标系的快速因子分解反向投影（QPG-FFBP）成像自聚焦方法。该方法基于斜距波数子带划分,采用基于加权的相位梯度自聚焦模型估计每个子带的方位相位误差,并融合非系统距离单元徙动的相干性估计,完成全图像的运动补偿,解决二维空变误差补偿问题,提升图像的聚焦效果。通过仿真实验以及小型旋翼无人机载实测SAR数据验证了该方法的有效性。     

机载合成孔径雷达运动补偿分析及实现

根据机载合成孔径雷达(SAR)运动补偿的特点，分析影响基于惯性导航系统运动补偿效果的主要因素，论述并实现相位梯度自聚焦算法(PGA)．采用惯导补偿和自聚焦算法相结合的补偿手段，先利用惯导数据做粗补偿，补偿高频运动误差；再利用自聚焦算法进行精补偿，补偿剩余的低频运动误差．自聚焦算法采用可补偿任意阶相位误差的PGA算法．对SAR图像用PGA算法进行了自聚焦处理，试验结果验证了算法的有效性．