三维场景SAR射频仿真技术研究

三维场景合成孔径雷达（SAR）射频仿真对于SAR系统调试、SAR信号处理算法的研究具有重要意义。SAR射频回波信号仿真是SAR射频仿真技术的核心。结合SAR回波模型,在SAR射频仿真总体方案的基础上,提出了三维场景SAR射频回波实时仿真方法,根据SAR雷达平台飞行航迹信息实时计算成像场景后向散射系数、雷达与目标距离、遮挡因子、天线方向图加权因子等关键参数,实现了三维场景的SAR射频回波信号实时模拟,验证了该方法的正确性。     

稀疏场景下SAR方位向随机丢失数据的迭代成像算法

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)方位向随机丢失部分数据导致目标模糊和能量分散的问题, 提出基于稀疏优化理论的重建成像方法。该方法主要针对稀疏观测场景的SAR方位向随机缺失数据的回波信号进行成像处理, 利用SAR回波模拟算子, 避免了二维回波信号矩阵变成向量的操作, 从而减小了内存占用和计算量。所提出的基于SAR近似观测模型的迭代优化重建算法能够实现对观测目标幅度的高精度重建。和传统基于匹配滤波的SAR成像算法相比, 提出的算法能够明显地消除SAR方位向随机丢失部分数据引起的目标模糊和目标能量分散。和迭代软阈值收缩算法相比, 提出的算法重建的目标幅度误差更小。理想的点目标回波数据和真实的星载SAR稀疏观测场景的回波数据处理表明了所提算法在减少重建目标误差、提高观测目标区域的目标背景比等方面有较大的优势。     

基于双曲线性修正斜距模型的弹载SAR成像方法

在弹载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)下降段成像中,由于弹体存在较大的俯冲下降速度和加速度,回波信号的二维频谱表示式难以有效获得,给后续成像处理带来困难。针对该问题,提出了一种基于双曲线性修正斜距模型的弹载SAR成像方法,通过构造双曲函数形式的斜距表示式并引入线性修正因子,对弹载SAR斜距历程进行合理近似|并以修正后的斜距式为基础,利用驻相点原理(principle of stationary phase, POSP)直接求解SAR回波信号的二维频谱|随后根据该频谱表示式设计有效的弹载SAR频域成像算法。该方法下的频谱推导较为简洁,所获得频谱的数学表达式清晰直观,利于成像分析和后续处理。最后的点目标成像仿真验证了该方法的有效性。     

基于级数反演的俯冲加速运动状态弹载SAR成像算法

根据弹载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)俯冲加速运动的特点,使用高阶逼近模型建立了SAR的回波信号模型,分析了目标斜距在单个孔径时间内随时间的变化关系。结合级数反演的思想,推导出了弹载SAR回波信号的二维频域的精确表达式。在此基础上,提出了一种适用于俯冲加速运动下的弹载SAR成像算法。理论分析和实验结果表明,该算法精度较高,取得了较好的成像效果。     

时变海场景双基SAR回波实时模拟方法研究

基于时变海场景双站散射机理,结合双基合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)成像几何模型,提出了一种时变海场景双基SAR射频回波信号实时模拟方法。针对时变海场景的复杂耦合散射,采用多径近似理论建立了双基SAR海面目标回波信号模型,提取了时变海面双基SAR系统响应函数,结合高性能计算技术、同步动态随机存取(SDRAM)技术以及全系统交换设计,实现了时变海场景双基SAR射频回波信号实时模拟,最后仿真测试结果验证了该方法的有效性。     

一种舰船目标SAR回波的快速仿真方法

为满足合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)在海洋遥感的应用需求,提出一种舰船目标SAR成像的快速仿真方法。对成像场景中重点关注的目标进行精确电磁建模,并利用"四路径"模型计算目标与海面的复合散射回波,对海面背景采用散射面元法计算回波;将舰船复合散射回波与海面回波进行合成得到总的SAR回波,利用聚束SAR成像处理方法获得SAR图像。结果表明:该算法避免了对整个成像区域进行复杂的电磁仿真,能够有效降低对海面大场景的电磁计算效率。由于在目标区域采用高频电磁算法,保留了目标的电磁散射的精细结构,为精确模拟SAR回波提供了一种准确而高效的仿真算法。     

星载双基地SAR空间几何关系和信号模型

为了研究星载双基地SAR系统成像的相关问题,必须先建立其回波信号模型。根据星载双基地SAR雷达与目标的空间几何关系,确定了其多普勒参数表达形式,在此基础上建立了星载双基地SAR回波信号数学模型。通过仿真计算分析了信号模型中距离模型的误差,结果表明,误差对成像的影响完全在可接受的范围以内。将建立的信号模型应用于成像处理,成像结果正确,证明了回波信号模型的实用性。     

基于FDTD的高保真SAR回波信号仿真方法

针对传统合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)回波仿真算法忽略目标散射特性在观测时间内随方位角度和信号频率变化这一问题,提出一种基于时域有限差分方法(finite--difference time-domain method, FDTD)电磁散射计算的SAR原始回波数据生成方法,在此基础上提出了基于服务器的并行仿真策略及流程。该方法利用FDTD算法及后续仿真处理精确模拟了SAR系统线性调频脉冲信号从卫星传感器发射后,与场景目标发生相互作用,再被SAR系统传感器接收并生成原始回波数据的全部物理过程,从而得到高保真的SAR原始回波数据。最后,通过典型目标时间谱与空间谱的仿真对比实验及最终成像结果证明了本文所提算法的正确性及有效性。     

分布式星载SAR回波仿真的并行化计算研究

对分布式星载SAR系统地面回波仿真程序并行化算法进行了研究。重点介绍了分布式小卫星SAR系统多星协同工作的仿真策略、各并行节点任务的分配策略和并行节点问大量数据传输的策略。实验证明此并行化算法具有较高的加速性能，具有实际的应用前景。     

SAR原始信号的快速仿真

合成孔径雷达(Syntheticapertureradar,SAR)原始信号仿真对于SAR系统调试,SAR信号处理算法的研究具有重要意义。基于SAR原始回波信号的特点,研究了SAR原始信号的快速仿真问题。对于SAR发射线性调频信号的情况,证明了模拟SAR接收过程的正向法和借鉴SAR成像处理逆过程的逆向法两者之间的统一性。提出了香农插值的快速实现方法。仿真实例表明,所提方法在保证仿真逼真度的前提下,具有较高的计算效率。     

频率源误差对地球同步轨道SAR成像性能影响分析

频率源相位误差作为合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)系统的一种时间去相干因素,对不同SAR系统的成像性能影响不同。对于低轨单基SAR系统,频率源相位误差通常可以忽略。而地球同步轨道(geosynchronous earth orbit, GEO)SAR系统具有更长的脉冲时延和合成孔径时间,此时频率源相位误差对成像性能的影响将不能被忽略。本文分析了频率源相位误差对GEO SAR系统成像性能的影响,并据此给出了GEO SAR系统对频率源相位特性的要求。     

基于FPGA的SAR回波仿真快速实现方法

回波仿真是进行合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）研究的重要途径,但其计算量巨大,所需的时间较长。为了快速实现SAR回波仿真,提出一种改进的同心圆方法进行快速计算,同时考虑到运算较为规整的特点,采用现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA）作为主处理芯片。设计了专用于SAR回波信号模拟的数字信号处理板卡,并在板卡上编程实现整个回波模拟算法,给出资源使用情况和量化噪声影响,实际应用结果显示,采用FPGA来实现SAR回波仿真可以在保证精度的前提下大大加快仿真速度。     

星载SAR海面顺轨干涉仿真研究

星载SAR海面顺轨干涉(ATI)仿真对理解海面ATI成像机制、指导海洋遥感SAR系统设计具有重要意义.在基于时序的星裁SAR海面场景回波生成基础上,对海面ATI展开仿真研究,内容包括顺轨编队设计、海面建模、海面电磁散射建模、动态场景回波生成、SAR成像和AtI数据处理,给出单色波和分形海面仿真实例,ATI处理结果表明该星载SAR海面顺轨干涉仿真思路有效.     

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。     

基于LFM子脉冲的宽带雷达目标回波模拟方法

在宽带雷达目标回波信号的半实物计算中,需要同时满足实时性和仿真精度的要求。提出一种基于线性调频(linear frequency modulation,LFM)子脉冲的宽带雷达目标回波模拟方法,将LFM脉冲信号分成若干个窄带、短时线性调频子脉冲,通过计算各个子脉冲对应的目标回波信号,来重构全脉冲的宽带目标回波信号。采用这种方法可大幅度减少算法的运算量,显著降低了算法对硬件资源的要求,提高了算法的实时性。计算机仿真结果证明了方法的可行性并具有较高的计算精度。     

自然场景的SAR图像模拟

自然场景高低起伏变换的不确定性和各种介质随机分布的特点,是实现合成孔径雷达图像快速模拟的难点问题。提出一种合成孔径雷达图像模拟的方法,根据一处真实自然地表的DEM数据构造出整个仿真场景模型,利用一种统计经验公式计算得到场景中各介质的RCS值。建立了合成孔径雷达回波信号的表达式,在此基础之上完成了对场景的合成孔径雷达图像模拟,得到了较为理想的结果。     

基于方位相位编码线性调频波形的MIMO-SAR

现有的多发多收合成孔径雷达（multiple-input multiple-output synthetic aperture radar, MIMO-SAR）正交波形正交性不足,回波间相互干扰严重,难以满足实际应用的要求。为此提出一种方位相位编码（azimuth phase coding, APC）线性调频(linear frequency modulation, LFM)波形,该波形对不同发射通道发射的线性调频信号进行相应的方位相位编码,其回波分离在方位相位解调后通过方位波束形成实现,回波间的干扰能够被充分消除。可用于高度维多发多收合成孔径雷达系统,提高多基线干涉SAR（interferometric SAR, InSAR）的干涉测高精度或三维成像的高度维成像性能。仿真结果验证了该波形的可行性及方位波束形成回波分离方法的有效性。