任意构形双基SAR的频域分析与成像

任意构形双基SAR由于其灵活性等特点,成为SAR的重要研究方向之一,一种典型的任意构形双基SAR就是星机混合模式．任意构形双基SAR的斜距历程是发收斜距历程的双根号之和,且具有距离和方位二维空变特性,在建立点目标的频率域模型方面遇到了新的困难．由于发收斜距历程的差异,它们对总的瞬时Doppler频率的贡献是不同的,随距离、方位和Doppler历程而变化．因此,文中在建立任意构形双基SAR点目标频域模型时引入了代表发收雷达对总的瞬时Doppler频率贡献差异的双基参数——瞬时Doppler贡献比,并根据其物理意义求得了它随发收平台运动参数、目标位置和频率变化的近似解,然后利用驻定相位原理和Taylor级数展开法建立了具有任意构形特性的双基SAR点目标的频域模型．并对此频域模型的距离向和方位向的空变性进行了分析,给出了解决任意构形双基SAR成像时二维空变问题的chirp—z频率域成像算法．最后通过机载和星机构形下的仿真验证了此频域模型的准确性和成像方法的有效性．     

星载并轨双基地合成孔径雷达Chirp Scaling成像的方位向Fourier变换

利用距离向和方位向变换相对独立的特点,提出一种处理双基地二维点目标谱的新方法.根据双基地距离模型的近似表达式和精确表达式,在波数域中,分别得到距离向和具有闭合形式的方位向频谱.引入一种Taylor级数展开式,将双基地二维点目标谱展开为距离向频率的幂级数,然后使用驻定相位原理处理距离向逆Fourier变换.在Range-Doppler域中,对信号表达式中的距离向时间作因式分解,构造出双基地Chirp Scaling算法的等效调频斜率和弯曲因子.仿真结果表明,所推导出的二维点目标谱具有较高的近似精度;所构造的并轨双基地Chirp Scaling算法具有较好的成像性能.     

MEO星弹双基SAR多普勒特性及分辨率分析

中地球轨道SAR具有波束范围覆盖广、重访时间短等特点，将其作为发射平台，弹载SAR作为接收平台，可以大范围面、高机动性地对重点区域高精度成像。根据空间系统模型建立MEO星弹双基SAR等效模型，对收发平台斜距模型进行描述，将其等效为多项式模型，并分析了孔径时间内的斜距误差，验证模型有效性；根据平台特性重新分析多普勒特性，得到多普勒中心频率和多普勒调频率的二维空变特性；运用梯度法计算距离分辨率、方位分辨率，并分析其随成像区域的变化情况。仿真实验表明，成像区域内的分辨率受俯冲速度的影响是不均匀的，应改变斜视角或改变双基构型，使关注的目标处在受速度影响较小的区域。     

基于频域插值的大角度俯冲弹载SAR成像方法

弹载合成孔径雷达(SAR)在大角度俯冲运动阶段，由于其复杂的飞行特性，回波信号存在严重的耦合性和空变性，这将导致传统的聚焦算法失效。针对这一问题，提出了一种改进的极坐标格式(PFA)频域成像算法。首先建立大角度俯冲弹载SAR的斜距模型，并对距离历程进行泰勒级数展开，然后利用级数反演法推导高精度的回波二维频谱。在二维频域，将高阶交叉耦合项进行二维分解，并在此基础上推导出新的频域二维插值映射函数，极大提升了聚焦成像的效果。相对于传统PFA,文中算法更适用于大角度俯冲弹载SAR,并通过仿真实验验证了其有效性。     

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．     

基于平行因子分析的时空非均匀采样下双基地MIMO雷达目标参数联合估计算法

提出了一种基于平行因子分析的时空非均匀采样下双基地MIMO雷达收发角及多普勒频率联合估计算法。首先计算K级非均匀延迟器输出数据的协方差矩阵并对该矩阵进行变换和去冗余处理,然后将新数据转化为三阶张量并对其进行降维处理,最后通过交替最小二乘和Root-MUSIC算法估计出目标收发角和多普勒频率。该算法实现了时域和空域孔径自由度的二次扩展,提高了参数估计精度,降低了运算量。此外,通过最小冗余配置,实现了孔径的高效扩展,降低了系统配置需求。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

基于深度展开的SAR大斜视RD成像算法

大斜视角条件下的合成孔径雷达SAR回波信号具有方位向和距离向严重耦合、大距离徙动等特点,采用常规的距离多普勒RD算法成像,会引起方位向的散焦以及空变等问题。为了改善大斜视SAR在成像过程中存在的问题,提出了一种基于深度展开网络的SAR大斜视可学习距离多普勒成像方法。该方法将RD成像方法与深度学习结合,利用RD成像的步骤构建了基于深度展开网络的RD学习成像网络结构,将回波数据作为网络输入来学习回波数据到大斜视SAR图像的成像过程。首先,在分析大斜视SAR回波信号模型的基础上确定了网络成像过程中的可学习参数;其次,根据成像过程设计大斜视SAR成像网络;最后,通过非监督训练的方法对网络进行训练,最终输出学习成像结果。点目标和面目标仿真结果表明,该方法可以有效抑制旁瓣,提高成像精度和计算效率,满足SAR在大斜视角下的成像要求。     

一种下视三维FMCW SAR成像的新方法

研究了基于调频连续波(FMCW)的下视三维SAR成像,提出了一种下视三维FMCWSAR成像的新方法.首先根据等效相位中心原理,将双基工作模式等效为单基工作情况,之后对距离维、沿航向维和垂直航向维分别处理.对于距离维、沿航向维的处理采用频域校正距离徙动的RD算法;对于垂直航向维的处理采用等价聚束式SAR分析,并引入"单点等效斜视模型",通过公式推导与理论分析说明对同一距离单元的点,尽管等效斜视模型不同,但仍然能够进行统一处理.另外,也分析了调频连续波SAR所特有的Doppler频移项,以及其对目标聚焦的影响,并给出了相应的补偿方法.最后,仿真数据处理结果验证了分析的正确性和算法的有效性.     

一种大斜视双基地合成孔径雷达的频率变标成像算法

针对具备更多目标散射信息的双基合成孔径雷达的目标二维频谱难以精确获得,以及为观察前方目标采用的大斜视构型导致的成像效果不佳的问题,提出一种基于严格解析双基频谱的大斜视频率变标(FS)成像算法.首先将回波信号变换到二维频率域,利用由严格解析双基频谱推导出的频率变标函数校正距离弯曲差,然后进行剩余视频相位校正完成包络去斜,接着进行逆频率变标操作消除二次相位误差,经过距离徙动校正后,再进行非线性变标操作消除由大斜视导致的随距离变化的二次距离压缩项,最后经过距离压缩和方位压缩完成整个成像过程.仿真实验表明,与常规FS算法相比,在双基地大斜视的情况下,该算法成像效果良好,点目标冲激响应的主副瓣可清晰分辨.     

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．     

双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计

针对MIMO雷达收发阵元间存在互耦会严重影响目标定位算法性能的情况,提出一种双基地MIMO雷达多目标定位及互耦参数估计的算法.利用均匀线阵互耦矩阵的特点和MIMO雷达的特性获得满足ESPRIT算法的信号子空间,在不需要任何互耦矩阵信息情况下采用ESPRIT算法实现了目标角度估计,且估计出的角度参数自动配对.根据所估计的目标方位角度,利用信号子空间和联合导向矩阵之间的关系,将MIMO雷达的互耦参数估计转化为线性约束二次最小化问题,估计出互耦系数矩阵,实现了MIMO雷达的自校正.该方法的优点是避免了多维空间谱搜索带来的庞大计算量和迭代中的全局收敛性问题,同时得到了收、发阵列互耦参数估计的闭式解.仿真结果表明算法估计性能接近于互耦已知时二维MUSIC算法.     

大斜视弹载合成孔径雷达信号特性研究

针对大斜视模式下弹载合成孔径雷达(SAR)的运动轨迹特点,分析了该模式下的回波信号特性,基于此建立了信号模型及距离方程,讨论了大斜视弹载SAR系统的多普勒特性、距离徙动特性和距离方程近似精度。仿真结果表明,大斜视弹载SAR回波信号具有大距离走动、小距离弯曲和二阶距离近似误差较大的特点;通过时域去走动、频域去耦合方法,可以获得较好的大斜视弹载SAR成像效果。     

平移不变模式双基地SAR级联成像方法

提出了一种适用于平移不变模式双基地SAR(Bi-SAR)的级联成像方法.首先利用平移不变Bi-SAR的几何关系,对其方位多普勒频率进行分解,得出了一种新的平移不变Bi-SAR频域点目标响应表达式.基于该表达式,将平移不变Bi-SAR回波信号方位向的分析和处理分解为两个独立的单程单基地SAR点目标响应处理过程,简化了平移不变Bi-SAR的系统分析和信号处理,而且该方法有利于将单基地算法向双基地的移植和算法的工程实现.仿真试验验证了级联成像方法对平移不变Bi-SAR目标回波成像的有效性.     

分布式雷达超分辨成像的MUSIC方法

多重信号分类(MUSIC)方法已在单基地雷达的超分辨成像中得到较广泛的研究,然而将该方法直接应用到双/多基地形式的分布式雷达超分辨成像上,则会面临收发分置带来的散射信息解相关和波数相位分解等问题.为此利用三维空间平滑和双重线性插值对MUSIC方法进行了改进,给出了分布式雷达超分辨成像的最小信噪比显式表达及其快速计算公式,并据此分析了超分辨成像性能.仿真结果验证了这种基于收发分置形式的MUSIC超分辨成像方法的有效性.     

星载SAR地面目标回波模拟的RTPC与2DFFT算法对比

对经典的RTPC算法进行了仿真实验。分别对静态点、点阵和面目标进行回波模拟,用多普带力法成像算法验证了回波的正确性和有效性。对2DFFT算法进行了仿真实验,模拟了静态点、点阵、面和分布目标的回波数据,并通过成像验证了算法的正确性和有效性。对比上述两种算法的原理、误差、计算量、数据所需存储空间和仿真运行时间,结果表明:距离时域脉冲相干法(RTPC)算法从SAR原理出发,简单易懂,但运算速度较慢,适用于目标较简单的情况。二维频域快速傅氏变换法(2DFFT)算法从系统角度出发,应用二维FFT计算回波,速度较快,适用于模拟较大、较复杂的目标场景。     

一种下视三维FMCWSAR成像的新方法

研究了基于调频连续波（FMCW）的下视三维SAR成像,提出了一种下视三维FMCWSAR成像的新方法．首先根据等效相位中心原理,将双基工作模式等效为单基工作情况,之后对距离维、沿航向维和垂直航向维分别处理．对于距离维、沿航向维的处理采用频域校正距离徙动的RD算法;对于垂直航向维的处理采用等价聚束式SAR分析,并引入“单点等效斜视模型”,通过公式推导与理论分析说明对同一距离单元的点,尽管等效斜视模型不同,但仍然能够进行统一处理．另外,也分析了调频连续波SAR所特有的Doppler频移项,以及其对目标聚焦的影响,并给出了相应的补偿方法．最后,仿真数据处理结果验证了分析的正确性和算法的有效性．     

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.     

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.      

基于改进极坐标格式算法的大斜视SAR成像方法

针对大斜视合成孔径雷达成像（SAR）模式下,回波存在较大的距离走动和严重的距离 方位交叉耦合等问题,对传统极坐标格式算法（PFA）进行改进,提出了一种基于改进的PFA算法的大斜视SAR成像方法。根据实际回波数据存储的形式,建立了大斜视SAR的斜距模型,通过对距离向与方位向的二维泰勒级数展开设计了一种斜距平面的二维插值函数,有效地提高了成像算法的聚焦深度。与传统PFA不同,斜距平面的距离展开能够避免回波数据的投影,所以改进的算法更适用于地形起伏不平的成像场景。仿真数据和实测数据分析验证了该方法的有效性。     

斜视合成孔径雷达的稀疏降采样数据成像方法

针对合成孔径雷达数据量庞大,不便于存储传输等问题,结合经典的距离多普勒成像算法与压缩感知理论,提出一种稀疏降采样斜视SAR数据的成像方法.在方位向上用随机降采样的方式录取数据,对所得数据进行相应的距离徙动校正和距离脉压,随后将方位向脉压建模为典型的压缩感知模型,用平滑l₀算法重构出二维SAR场景.利用该方法能有效地减少稀疏场景的SAR回波数据量,仅采用传统数据量的25%,即可获得清晰的二维成像结果.