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MN-MEA算法的无人机载SAR相位误差补偿处理

无人机载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR),在成像中更容易受到运动误差的干扰,造成图像质量下降。利用三维空间坐标系的斜距方程分离,可以为无人机载SAR成像提供更多的信息，但该方法并未考虑无人机载SAR成像中的运动误差补偿问题。针对无人机载机动SAR成像的相位误差补偿问题,进行相关研究。结合子图像划分,提出了基于迭代分块处理和误差相位初值模型的改进牛顿最小熵(modified Newton minimum entropy, MN-MEA)相位误差补偿算法,进一步校正了残余空变性误差和运动误差,改善成像质量。     

基于MN-MEA算法的无人机载SAR相位误差补偿处理

无人机载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR),在成像中更容易受到运动误差的干扰,造成图像质量下降。利用三维空间坐标系的斜距方程分离,可以为无人机载SAR成像提供更多的信息，但该方法并未考虑无人机载SAR成像中的运动误差补偿问题。针对无人机载机动SAR成像的相位误差补偿问题,进行相关研究。结合子图像划分,提出了基于迭代分块处理和误差相位初值模型的改进牛顿最小熵(modified Newton minimum entropy, MN-MEA)相位误差补偿算法,进一步校正了残余空变性误差和运动误差,改善成像质量。     

基于DOA估计的前视多通道SAR成像方法

针对前视合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)方位分辨受限以及左右多普勒模糊问题,提出一种基于波达方向估计的前视多通道合成孔径雷达(forward-looking multi-channel SAR,FLMC-SAR)成像方法。算法综合利用系统空时资源,采用空时级联的处理流程。首先通过合成孔径对前视区域进行初步成像,在二维图像域实现逐个成像单元目标信号的分离。然后利用目标空域导向的差异,建立分离信号的空时模型,通过阵列多通道对每个成像单元内的信号进行波达方向估计,实现目标信号重定位,增强前视成像分辨率。同时,空时模型考虑了模糊目标具备不同的导向矢量,可在分辨增强的同时实现左右多普勒解模糊。最后通过仿真以及实测的FLMC-SAR数据验证了所提算法的有效性。     

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。     

机载SAR的地面运动目标成像处理

基于先进的高分辨率机载SAR数据,研究了地面单个和多个运动目标的高分辨率成像问题。利用频域滤波法将地面运动目标信号从杂波中分离出来,在距离频率-方位时间域进行距离走动和距离弯曲校正,并在距离-多普勒域完成运动目标成像。PGA方法被用来对单个运动目标作进一步的聚焦处理。在多目标环境下,提出一种改进的距离弯曲校正方法,并利用时频分析方法有效地解决了多个地面运动目标的成像问题。给出了SAR实际数据成像处理结果。     

弹载毫米波聚束SAR对地面目标成像研究

与机载合成孔径雷达 (SAR)对地面目标成像不同 ,弹载SAR具有平台运动速度快、非匀直运动和大斜视角 3大特点 ,对成像算法的实时性、运动补偿的精度和方位分辨率都提出了更高的要求。针对弹载毫米波聚束合成孔径雷达对地面目标成像的特点 ,讨论了成像的分辨率和雷达脉冲重复频率的选取等主要问题 ,提出了一种包络对齐、相位校准和非匀速运动补偿相结合的成像运动补偿方案 ,给出了基于线性谱外推技术的超分辨谱估计图像重建算法。仿真实验的结果证明了该算法的有效性     

基于SATC-CABP成像模型的天线姿态误差补偿方法

分裂孔径发射配置(SATC)天线体制可取得与传统单站SAR相当的方位分辨率,且更适用于前视探测的运动平台.步进频率信号对相位极为教感,平台的运动误差将导致天线阵的姿态发生变化,使得成像结果出现几何畸变.针对天线阵姿态误差对成像的影响,提出了一种基于分裂孔径发射配置下固定孔径后向投影(SATC-CABP)成像模型的补偿方法,通过传感器获取的姿态倾角修正成像模型中的参敷,可在成像过程中实现天线姿态误差补偿.仿真结果表明,所提出的A-法可得到聚焦良好的成像结果,且可很好地校正由天线阵姿态误差引起的目标成像位王畸变.     

相关杂波背景下反辐射导弹的Rao检测方法

针对反辐射导弹(ARM)及其载机回波信号的不同特性,提出了一种抑制载机信号的方法。首先估计载机信号的多普勒频率,然后依据频率估计值对延时信号进行相位补偿,再与原信号相减来抑制载机信号。在抑制载机信号后,基于自回归(AR)模型分布的相关杂波假设,导出了ARM检测的Rao检测统计量。Rao检测方法的渐近性能与广义似然比检测(GLRT)相当,但结构更简单、更易于实现。仿真结果表明,所提方法可以有效地抑制强载机信号,实现弱ARM目标信号的检测。     

高分辨率机载调频步进SAR成像处理

针对调频步进体制合成孔径雷达(SAR)成像中的子脉冲-距离耦合问题,在分析其特征表现的基础上,给出了子脉冲-距离耦合影响程度与系统成像参数之间的定量关系,提供了判断其影响的理论依据;在深入分析和讨论了高分辨率机载调频步进SAR成像和运动补偿中的特殊问题后,基于子图像相参累加(SCA)成像算法,提出了结合运动补偿的成像处理方案,解决了机载高分辨率调频步进SAR精确成像的问题.计算机仿真实验验证了方案的有效性.     

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。     

调频连续波SAR慢速动目标参数估计与成像

由于连续波合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）特有的工作方式,带来了不同的回波信号形式。首先分析了调频连续波（frequency modulated continuous wave, FMCW）SAR动目标回波信号模型,然后在补偿连续波SAR与脉冲式SAR不一致性的基础上,提出了一种基于Chirp Z变换校正动目标回波包络距离弯曲,Radon变换校正剩余距离走动,改进的离散Chirp傅里叶变换（modified discrete Chirp Fourier transform, M DCFT）搜索参数的新方法,动目标仿真数据处理验证了该方法参数估计的准确性和有效性。另外根据估计的参数对动目标成像取得了良好的聚焦效果。     

中段弹道目标宽带回波仿真与速度补偿

中段弹道目标的主要特征是高速平动和微动。因此测量得到的目标多普勒频移值是模糊的,而且同时被目标微多普勒调制。这给估计目标微多普勒带宽和提取目标微多普勒参数造成了困难。在充分考虑目标运动特征的条件下,首先研究和建立了目标的宽带雷达回波数学模型。然后提出了基于简化分数阶傅里叶变换（simplified fractional Fourier transform, SFRFT）的速度补偿方法。推导了方位向信号起始频率和调频斜率的估计误差方差,证明了算法的有效性。仿真结〖JP3〗果表明,该方法能够给出精确的参数估计结果,并能对平动多普勒频率进行准确补偿。即使在信噪比较低的情况下,该方法仍表现出较好性能。该方法为目标微多普勒参数的提取提供了前提条件     

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。     

Scale transform algorithm used in FMCW SAR data processing

The frequency-modulated continuous-wave (FMCW) synthetic aperture radar (SAR) is a light-weight, cost-effective, high-resolution imaging radar, which is suitable for a small flight platform. The signal model is derived for FMCW SAR used in unmanned aerial vehicles (UAV) reconnaissance and remote sensing. An appropriate algorithm is proposed. The algorithm performs the range cell migration correction (RCMC) for continuous non-chirped raw data using the energy invariance of the scaling of a signal in the scale domain. The azimuth processing is based on step transform without geometric resampling operation. The complete derivation of the algorithm is presented. The algorithm performance is shown by simulation results.     

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。     

基于多普勒分辨的连续波合成孔径雷达成像方法

提出一种新的连续波(continuous waveform, CW)体制合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)成像方法。有别于脉冲波形SAR和调频连续波SAR通过发射宽带信号获得高距离分辨率,CW-SAR成像利用CW波形的高多普勒分辨率进行成像,通过将回波信号与尺度变换后的发射信号进行相关构造成像数据模型,该相关信号实际为场景散射系数在等多普勒线上的投影,基于该相关信号,采用滤波反投影图像重建算法进行场景反射率重建。该CW-SAR成像方法不仅适用于宽带和窄带CW发射波形,而且也适用于单/双基SAR和任意载机飞行轨迹。以双基情形为例,分析成像方法的性能,并进行仿真验证。     

基于SPGA算法的低频超宽带 SAR运动补偿方法

对已经初步聚焦的低频超宽带(ultra wideband, UWB)合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像进行基于图像域的相位误差补偿,可进一步提高图像聚焦质量。依据UWB SAR运动误差模型,提出了基于条带式相位梯度自聚焦（strip phase gradient autofocus, SPGA）算法的相位误差补偿方法。该方法有效地补偿大合成孔径、宽测绘带低频UWB SAR图像中的二维空变相位误差。仿真和实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。     

伪码测距系统的多普勒频移补偿

卫星所搭载的再生伪码(pseudo noise,PN)测距系统已广泛应用于测量双星或星地距离,由于星地间的相对运动更为明显导致伪码测距信号存在着较大的多普勒频移,从而影响利用相关运算获得的双程延时测距精度。根据伪码测距系统的实现结构,推导出当多普勒频移存在时的测距延时计算公式,进而提出了一种补偿方法。同时考虑到测距系统的实际应用环境,对补偿公式进行了简化。仿真及实际测试结果表明,经过补偿后的双程延时测量值精度(中强信噪比下)可达到0.14 ns (4 cm),补偿造成的精度影响为0.01 ns (3 mm),同时公式简化及补偿引入的误差可以忽略不计。