基于沿航向干涉的星载双通道合成孔径雷达系统地面运动目标检测技术

目前在轨的星载合成孔径雷达（SAR）系统,大都局限于沿航向排列的两个通道用于地面运动目标检测、测速与重定位．沿航向干涉ATI（along-track interfterometry）技术利用两通道雷达图像间动目标和杂波干涉相位的差异,提高了地面慢速、弱小运动目标的检测能力,具有稳健性好,适用范围广,对地面场景RCS（radar cross section）起伏不敏感等特点,是双通道星载SAR系统普遍采用的一种GMTI（ground moving target indication）技术．基于干涉幅度／相位的联合分布和二元假设条件“杂波”及“杂波＋动目标”,文中系统地分析了SARATI技术中,常见的单边相位恒虚警检测和独立分布二级恒虚警检测方法,提出了条件分布二级检测和幅度／相位二维联合检测两种恒虚警检测方法,并以最优的基于NP（Neyman—Pearson）准则的似然比检测方法作为其他恒虚警检测方法性能的上限,对其性能进行分析和对比．仿真实验和性能分析结果表明,幅度／相位二维联合恒虚警检测方法稳健性好,实用性强,在低信杂比或低杂噪比条件下,检测性能良好．     

TerraSAR-X数据沿轨干涉运动目标检测研究

为检验TerraSAR-X数据在地面运动目标检测(GMTI)应用中的潜力,并验证基于SAR沿轨干涉图的幅度和相位联合统计特性以及恒虚警率的检测方法(ATI-CFAR)对TerraSAR-X数据的适用性,利用TerraSAR-X卫星单发双收模式数据,基于一种ATI-CFAR方法,结合数据特点进行改进,对北京北五环部分路段开展GMTI实验研究。结合地面同步实验进行验证分析,结果表明:1) TerraSAR-X数据能够应用于GMTI,但干涉相位受干扰严重,使用统计的方法确定ATI相位阈值易发生过度估计,导致大量漏检;2)基于车速先验知识确定相位阈值,利用图解法确定ATI幅度阈值,能够有效地改善检测结果。本文方法检出率和正确率分别达到70%和87.5%,证明了其对TerraSAR-X数据的适用性,反映出TerraSAR-X数据在GMTI应用中的潜力。     

提高沿航向干涉法性能的最小二乘图像对补偿方法

沿航向干涉法是对合成孔径雷达（SAR）功能的一种扩展,通过对两幅SAR复图像（称为图像对）进行比较可以对洋流进行测速、对动目标进行检测．在陆地图像中,动目标常和静止地物混在一起,难以自动检测,通常要依靠两幅复图像相消来抑制静止场景的图像（称做杂波）,提高信号和杂波的功率比．文中分析了SAR图像对存在的4种基本形式的误差,提出了不同类型的误差应该在不同的域进行补偿的观点和一种基于最小二乘的二维相位补偿算法,并给出SAR图像补偿的方法流程．由于对每一种误差都在恰当的域进行补偿,该方法可以明显提高系统对杂波的抑制能力,获得更高的信杂比,从而提高对运动目标的检测性能．机载雷达实测数据处理的结果证实了该方法的有效性．     

一动一静双基地SAR动目标检测方法研究

针对一动一静双基地合成孔径雷达(SAR)系统,提出了一种多通道双基地SAR动目标检测与速度估计方法;并且在杂波对消后利用目标幅度或相位信息,得到了运动目标径向速度和位置偏移量估计的解析表达式.仿真中利用卫星平台作为发射机、平流层飞艇平台作为接收机,验证了算法的正确性.     

一种基于INSAR的叠掩区域识别算法

干涉合成孔径雷达是获取场景数字高程模型和正射影像图的有效技术之一。叠掩现象是SAR图像几何失真现象的一种。由于多点回波叠加,叠掩区域的相位并不准确,而且在相位解缠中影响判别。因此对叠掩区域进行识别具有重要意义。分析了叠掩区域的干涉相位特性及幅度特性,提出了一种结合SAR幅度图像和干涉相位对叠掩区域进行识别的算法,该算法能够有效的将叠掩区域区分出来,为InSAR后续处理提供可靠依据。仿真数据的处理结果,证明了算法的有效性。     

单通道SAR的动目标检测

提出了一种基于单通道合成孔径雷达(SAR)进行动目标检测的新方法。该方法在详细分析SAR对动目标的回波模型的基础上,给出了进行子孔径成像、地杂波对消、相干斑抑制、动目标检测的原理和实现方法。文中首先建立了SAR的回波的数学模型,分析了动目标回波和地杂波的不同特征。在对回波做子孔径成像之后,为了抑制相干斑,对两路子孔径信号分别做平滑处理。然后进行杂波对消,通过对杂波对消后的残差图像做恒虚警处理检测出运动目标。计算机仿真结果验证了其有效性。     

低分辨率SAR图像舰船目标检测

针对低分辨率合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像舰船目标受背景及杂波影响难以检测的问题,通过构建一种基于生物视觉侧抑制理论的背景抑制网络模型,有效地抑制了背景杂波.采用基于RENYI熵的分割方法提取舰船目标兴趣区域,以低分辨率SAR图像中舰船目标的成像特点为先验知识,结合同质性检验,滤除了兴趣区域中的虚假目标,降低了虚警率.实验结果表明:所提出的算法能够有效地抑制强海杂波背景,突出目标,既能用于检测SAR图像中带尾迹特征的舰船等运动目标,也可用于检测无尾迹特征的舰船目标.     

基于道路辅助的机载SAR动目标检测和参数估计

经典的合成孔径雷达(SAR)动目标检测方法无法实现地面非匀速动目标的参数估计,为解决这一问题,本文根据动目标成像的特点,提出一种基于道路信息辅助的机载双通道SAR动目标检测方法。根据双通道SAR系统空间几何模型和回波信号模型,首先采用DPCA技术实现杂波抑制和动目标的检测,然后利用道路信息确定动目标的位置和速度,最后根据动目标方位向的散焦程度,估计动目标的距离向加速度。仿真结果验证了该方法的有效性。     

动目标检测信号处理器的研究与设计

本文介绍了一种先进的动目标检测雷达信号处理系统的实现方法,分析了动目标检测的原理以及其关键技术有限冲激响应滤波器组的设计和算法,并介绍了杂波图的形成,实践证明采用该先进技术能获得良好的杂波抑制力,提高雷达的探测率。     

一种新的InSAR干涉纹图的滤波方法

在干涉处理时做了多视处理,干涉相位图中噪声依然比较严重。噪声影响着干涉SAR的图像质量,使得相位解缠无法进行或者使生成的DEM精度降低。为了获得高质量的干涉SAR图像,必须对噪声进行有效抑制,同时应该保持干涉SAR图像的分辨率。文中探讨了干涉合成孔径雷达(InSAR)中干涉相位图的噪声抑制方法,提出了基于非线性偏微分方程的干涉纹图的滤波方法。该方法的优点是在消除噪声的同时,有效地保留干涉条纹的边缘信息。文中采用了加拿大RadarSat1数据,实验处理结果验证了方法的有效性。     

基于高次模糊函数的SAR图像动目标检测

SAR图象中动目标运动形成的相位误差可描述为有限次幂级数,时频分析将时域信号变换为时频联合域,揭示出信号瞬时频率随时间的变化规律,应用高次模糊函数可估计出动目标信号的相位多项式系数,检测含高次相位误差的动目标,结合逐次消去法,可将其用于检测含高次相位误差的多个动目标.     

星载高分辨聚束模式SAR数据干涉处理

数字高程模型（DEM）在很多地形应用,如三维地形图绘制、区域建设、环境保护和灾害预防方面起着越来越重要的作用。长期以来DEM的获取依赖于人工或光学方法进行测量,但这受到测绘区域、测绘时间和天气状况等诸多因素的制约。合成孔径雷达（SAR）的出现极大地帮助解决了上述的制约问题。通过合成孔径雷达会获取SAR图像进行干涉测量可以较为方便地得到待测场景的高程信息,特别是聚束SAR模式（spotlight SAR mode）解决了传统条带模式下低分辨率的问题。然而,通过传统的干涉处理方法处理聚束SAR会带来方位向残余条纹和大量的相位无解区域影响DEM生成。针对传统的SAR干涉处理方法无法解决高分辨聚束模式下的DEM反演问题,就此提出了一种新的基于多普勒中心频率估计进行配准和联合相位解缠的星载高分辨聚束模式SAR数据干涉处理方法,通过新的处理方法对TerraSAR-X高分辨聚束模式的数据进行处理,详细阐述了从数据配准到地理编码的各个处理环节,并将处理结果与传统处理方法的结果进行比较,显示出了较好的DEM反演结果。     

一种完全数据驱动的高精度机载L-SAR成像处理方法

雷达机载平台运动误差严重影响成像质量．为了在缺乏高精度运动补偿系统下,实现完全数据驱动的L波段合成孔径雷达（L—SAR）高精度数字重聚焦成像,进行了基于相位梯度自动聚焦的高分辨率机载L-SAR成像处理方法试验．整个方法可分为以下步骤：SAR复图像生成;最强点目标的中心循环移位;加窗;方位向的快速傅里叶变换;相位误差估计;相位矫正;傅里叶逆变换返回复图像域．机载L-SAR信号数据成像处理试验表明：该重聚焦成像方法无须机载平台运动补偿系统提供飞机的运动信息,能够有效地估计和补偿相位误差．相位误差补偿后,信噪比显著改善,可获得方位向分辨率明显提高的机载L—SAR图像,是一种可以满足仅靠数据驱动实现高精度机载L—SAR成像处理的有效方法．     

机载广域监视SAR地面运动目标检测和参数估计方法

提出了一种机载广域监视SAR地面运动目标检测和参数估计方法.首先,基于斜视SAR的空间几何模型推导了地面运动目标成像的特征,得出运动目标不仅在方位向发生偏移,而且在距离向也会产生位移;然后,利用子孔径方法实现杂波抑制和运动目标的检测;最后,提出了广域监视SAR模式下运动目标的参数估计方法,并得到了该模式下运动目标的成像轨迹.计算机仿真验证了本文提出的机载广域监视SAR系统可以实现运动目标的检测和目标运动轨迹的形成.     

一种机载外辐射源雷达微弱目标检测方法

针对机载外辐射源雷达系统中直达波信号参数估计误差导致的杂波抑制性能下降、微弱目标检测性能恶化的问题,提出了一种机载外辐射源雷达体制下微弱目标检测方法。该方法在建立杂波和微弱运动目标信号模型的基础上,对重叠分段后的两通道信号进行匹配滤波,然后分别对两通道信号进行Keystone变换完成相对径向速度的距离徙动校正,最后构造通道间相位偏差补偿函数,并结合两通道相位中心偏置天线(DPCA)方法解决杂波剩余问题。仿真结果表明:考虑直达波参数估计误差的影响能够提高微弱目标检测能力;在载机偏航角为2°的情况下,该方法与忽略相位偏差的传统DPCA方法和理论值补偿相位偏差的DPCA方法相比,检测信噪比分别提高了12dB和7dB以上。     

跨模态域自适应SAR图像舰船检测与识别

针对合成孔径雷达(SAR)数据成像质量差和标注不足的问题,提出一种跨模态域自适应端到端的SAR图像舰船目标检测与识别方法．首先,针对SAR舰船检测中目标特征辨识度低和背景信息复杂度高的问题,设计了融合多尺度特征和局部上下文信息及背景抑制来改进兴趣区域变换网络(RoITransformer)的特征表达能力;然后,针对SAR数据属性标签标注困难及样本缺乏的问题,设计了域适应模块在全局和实例级别实现对齐特征,将属性知识从光学数据跨模态迁移到SAR数据上．自建了近岸区域高分辨率SAR舰船数据集(HRSSRD),结果表明：所提方法在HRSSRD上实现了88.5%的检测精度,在舰船检测和军民识别任务上具有良好的性能．     

非均匀杂波环境STAP方法研究

分析了非均匀杂波对STAP算法性能的影响,在此基础上提出了一种非均匀杂波环境下STAP杂波抑制方案．该方案首先通过训练样本加权法抑制功率非均匀现象,然后利用干扰点替代法消除干扰目标和孤立干扰对STAP算法的影响,最后通过常规STAP算法实现对目标的检测．计算机仿真结果验证了有效性．     

地面运动目标不模糊径向速度估计的方法

针对在多通道合成孔径雷达地面运动目标检测系统中采用常规测速方法估计运动目标径向速度时产生模糊的问题,提出了一种联合斜距历程和干涉相位的不模糊速度估计方法(JRHIP).首先利用多重信号分类算法对目标的距离频域数据进行超分辨处理,然后对目标与雷达之间的斜距历程进行多项式拟合,利用斜距历程多项式一次项系数与目标径向速度的对应关系得到不模糊、精度略低的径向速度,再求解干涉相位的2π模糊次数,然后通过解模糊后的目标干涉相位得出正确的径向速度.JRHIP方法充分利用了斜距历程测速的不模糊性和干涉相位测速的高灵敏性,且没有增加系统硬件的复杂度.实测数据处理结果表明,在目标径向速度较大导致干涉相位产生模糊时,JRHIP方法仍然能够得到准确的径向速度,进而完成对目标的正确定位.     

基于Rayleigh分布杂波模型的动态目标检测算法

为了解决传统的动态目标检测算法在功率波动明显的非均匀复杂背景噪声下,检测性能严重下降的问题,基于杂波分布模型和恒虚警理论,提出一种基于Rayleigh分布杂波模型的单元最大最小平均恒虚警(CMMA-CFAR)检测算法,通过均值和均方差估计噪声平均功率并动态调整检测门限参数,在保持较低虚警率的前提下,提高目标的检测率.采用了数字滤波器组降低旁瓣功率,抑制强杂波干扰.经过与其它算法仿真对比,该算法具有最优的检测性能,检测率大于95.00%.该方法已应用于车辆开门防撞预警系统,在奇瑞G5车型上进行了标定测试,针对典型接近目标:自行车、摩托车和轿车,平均预警率大于97.50%,误警率小于3.00%.结果表明,该算法在杂波边缘干扰和非均匀噪声背景下,仍具有良好的检测性能.     

超宽带在煤矿井下穿透障碍物杂波信号的抑制方法

传统的奇异值分解、主成分分析、独立成分分析等谱分析方法很难分离目标信号和杂波信号。根据煤矿井下杂波信号起伏较大的特点,利用经验模态分解与参考独立分量分析(ICAR)联合抑制超宽带在煤矿井下穿透障碍物杂波信号。仿真结果表明:改进的ICA-R方法抑制杂波效果显著,分离出的目标回波幅度得到提高,消除了杂波区域中起伏信号的影响。该方法可以抑制杂波对目标信号的影响,有效地分离出目标信号。