一种快速重建多子阵合成孔径声纳CS成像算法

针对传统DPC近似引入的近距离目标散焦问题,提出了一种有效的多子阵合成孔径声纳(SAS)CS成像算法.首先,通过泰勒级数展开并保留其高阶项,将多子阵SAS双根号形式的距离历程等效为类收发合置项与收发分置畸变项之和,并由此推导出严格解析的点目标二维谱;然后,利用多子阵数据融合的方法对收发分置畸变项进行补偿,将多子阵合成孔径声纳信号转化为单阵收发合置的形式;最后,利用单阵收发合置CS算法实现了图像重建.仿真试验和实测数据的成像试验证明了算法的有效性.     

多接收阵合成孔径声呐CZT成像算法

针对多接收阵合成孔径声呐(SAS)收发阵元是空间分开的,双根号之和形式的距离历程导致点目标二维谱解析表达式求解困难这一问题,在"非停走停"模式下建立了多接收阵合成孔径声呐距离历程模型,并采用级数反演的方法推导了点目标的精确二维谱.分析距离徙动后发现:可以通过近似将其变为斜距变量的线性函数,进而利用Chirp-z变换进行距离徙动校正,避免了插值处理,提高了算法效率,保证了相位保真度.仿真实验和实测数据测试验证了本文算法的优越性.     

基于方位谱叠加的多子阵中等斜视NLCS算法

针对在中等斜视多子阵合成孔径声纳中"非停走停"时间的方位孔径依赖性和回波信号的阵元依赖不能被忽略,从而导致现有算法成像效果不佳的问题,提出一种基于方位谱叠加的多子阵合成孔径声纳中等斜视非线性调频变标(NLCS)算法.该算法直接对精确距离史进行泰勒级数近似,解决了传统算法须先忽略"非停走停"时间的方位孔径依赖、再近似的问题.在成像处理时,为了解决回波信号阵元依赖的问题,使用基于级数反演谱的NLCS算法单独处理每个子阵的信号,再通过叠加每个子阵成像结果的方位谱的方式得到最终的成像结果.通过仿真实验验证了该方法的有效性和优越性.     

基于级数反演谱的多子阵距离多普勒算法

针对现有基于级数反演谱的多子阵成像算法具有子阵依赖的特点,须分别对每个子阵成像,从而导致计算效率低下的问题,提出一种基于级数反演谱的多子阵距离多普勒成像算法.该算法先将每个多子阵信号搬移至相同的最短斜距;然后忽略子阵间距离徙动项、方位调制项和二次距离压缩项,这样就能够通过方位重构的方式将多子阵信号转变成单基信号,因此仅须对单基信号进行一次成像处理就能得到成像结果;最后通过计算机仿真实验和实测数据表明:在相同条件下,该算法能够获得与现有算法一样的成像效果,并能够获得高达80%子阵数的加速比.     

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.     

多子阵合成孔径声呐成像研究

针对多子阵合成孔径声呐(SAS)成像运算量大及忽略相位误差导致的成像效果不佳等缺点,该文在深入分析了多子阵SAS的两类系统相位误差基础上,分别提出了改进的逐点和逐线成像算法,形成了新的多子阵SAS系统方案设计。新方法在提高测绘率同时,能够显著降低运算量并改善成像效果,仿真实验也证明了新方法的正确性。     

宽波束多子阵SAS线频调变标成像算法

针对现有基于窄波束假设的多子阵合成孔径声纳(SAS)成像算法忽略了非停走停时间和偏置相位中心误差的方位空变性,在宽波束条件下将导致成像质量下降这一问题,在考虑非停走停时间二阶方位空变性和偏置相位中心误差三阶方位空变性的基础上,提出一种适用于宽波束的高分辨多子阵合成孔径声纳线频调变标成像算法.该算法通过数据预处理将多子阵的回波数据转化为收发合置的形式,进而利用经典的单阵线频调变标算法实现高分辨多子阵合成孔径声纳复图像的重建,仿真试验和湖试实测数据成像结果验证了所提算法的有效性.     

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.     

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．     

小斜视多子阵合成孔径声呐Chirp Scaling成像算法

为了解决现有多子阵合成孔径声呐成像算法在小斜视下没有考虑斜视带来的时延和多普勒频率改变,从而导致成像效果不佳的问题,提出一种小斜视多子阵合成孔径声呐Chirp Scaling成像算法.建立了斜视多子阵合成孔径声呐的精确距离史模型,并将其近似成单基斜视距离史,再引入一个修正项以修正近似误差.通过对回波信号补偿修正项对应的相位和时延,就可以将斜视多子阵信号转变为斜视单基信号,从而能够借鉴已有的斜视单基Chrip Scaling成像算法.通过对比现有算法和所提出算法处理斜视仿真数据和实测数据的结果,验证了所提出算法的有效性和正确性.     

同航线双基合成孔径雷达成像的频域分析

近十年来,分布式小卫星雷达受到广泛关注.有一种低成本的方案是用一组小卫星跟随某一在轨卫星,小卫星上只有接收设备,用来接收在轨卫星发射的信号.已有的小卫星编队方案有Cartwheel,Pendulum和Tandem-X等.这些构形中,小卫星与主星的间距有的达数万米或更远,对它们接收的回波数据进行成像不同于单基合成孔径雷达(SAR).文中以沿航向排列的Tandem-X为例,分析这类双基SAR的成像算法.首先利用瞬时频率的概念,并引入双基角这一变量,精确推导出双基SAR回波信号的二维频域表达式;然后对双基角采取一定的近似,给出了一种双基距离徙动成像算法(RMA),并详细分析了此近似条件的适用范围.最后用仿真结果验证了所提方法的有效性.     

并轨双基地SAR方位向Fourier变换的分析方法

为了降低双基地距离模型的二阶级数近似给成像算法带来的误差,提出了求解距离-Dopple(RD)表达式的新方法。利用级数反演的方法,推导出具有闭合形式的方位向调制函数;利用RD域中瞬时Doppler频率与瞬时斜视角的对应关系,推导出精确的距离弯曲因子;利用双基地距离模型的二阶近似表达式,通过传统的三步变换法,推导出等效距离向调频斜率。通过新方法获得的方位向调制函数和距离弯曲因子具有更高的近似精度,能够提高并轨双基地chirp scaling算法的成像性能。仿真结果证明了该方法的有效性。     

并轨双基地SAR方位向Fourier变换的分析方法

为了降低双基地距离模型的二阶级数近似给成像算法带来的误差,提出了求解距离-Dopple(RD)表达式的新方法。利用级数反演的方法,推导出具有闭合形式的方位向调制函数;利用RD域中瞬时Doppler频率与瞬时斜视角的对应关系,推导出精确的距离弯曲因子;利用双基地距离模型的二阶近似表达式,通过传统的三步变换法,推导出等效距离向调频斜率。通过新方法获得的方位向调制函数和距离弯曲因子具有更高的近似精度,能够提高并轨双基地chirp scaling算法的成像性能。仿真结果证明了该方法的有效性。     

基于傅里叶逆变换的三维随机路面建模与仿真

为了满足工程中虚拟实验的需求,研究了利用功率谱密度函数的三维随机路面不平度建模方法。利用国家标准中采用的幂函数道路谱拟合公式,推导出路面的二维功率谱解析表达式,避免了有理函数法的参数估计问题。建立了二维傅里叶逆变换法生成三维随机路面的流程;并以某汽车振动系统所关注性能需求,仿真了国标中的E级路面;分别采用周期图法和AR参数模型法估计了仿真路面的功率谱。结果表明,仿真生成的路面与标准路面谱是高度一致的,基于二维离散傅里叶逆变换的方法不仅准确而且快速,有较强的实用性。     

基于旋转天线的二维高分辨成像算法

受涡旋电磁波产生方法和自旋目标成像方法的启发,提出了基于旋转天线的二维高分辨成像方法。首先构造了基于旋转天线的雷达观测模型;利用距离向傅里叶变换获取目标的距离仿真,推导出了包含目标方位角信息的多普勒效应的正弦表达式;最后将正交匹配追踪算法应用到该正弦信号中,重构出目标的方位角,有效提升了雷达波束范围内的方位角分辨能力。仿真实验证明,该算法对雷达性能要求较低,克服了成像质量对纯净的高模态涡旋电磁波的依赖,实现了对静止目标的二维高分辨成像。     

基于双基ISAR的空间高速目标成像分析

讨论了空间高速运动目标在地基双基地逆合成孔径雷达(Bi-ISAR)系统下的成像算法。首先给出了地基双基ISAR的系统模型及其目标回波信号形式,其次分析了空间目标运动对双基ISAR二维分辨率的影响,在此基础上对回波信号进行分析和处理,通过数学推导得出当目标高速运动时,其回波信号中将产生距离展缩项以及不可忽略的残余视频相位项和脉内走动因子,此后采用构造补偿函数的方法对这些影响成像质量的因素进行补偿,并应用Keystone变换消除成像结果中的越距离单元徙动现象且给出了整个成像处理流程,最后通过对卫星目标的成像仿真验证了文中所分析的距离展宽项和脉内走动因子对目标二维像的成像影响,对补偿前后目标像的比较说明了文中补偿算法的有效性和实用性。     

一种改进斜视宽带合成孔径声呐ωk成像算法

针对斜视合成孔径声呐成像过程中由于非零多普勒中心频率使二维波数谱发生倾斜,增加了方位波数谱处理的复杂度,降低了数据的利用效率和成像质量问题,提出了一种改进的ωk成像算法.通过多普勒中心频率校正以及波数域坐标旋转,构建出等效的正侧视成像几何模型;再通过分别在距离和方位波数域进行插值的方式,将宽带斜视条件下的二维波数谱转化为宽带正侧视条件下等效的正侧视波数谱;最终通过二维逆傅里叶变换实现图像的聚焦.该算法避免了宽带斜视条件下ωk算法要求的大量的补零和数据移动操作,简化了方位波数谱的处理过程,提高了数据利用和处理效率.点目标仿真数据处理结果验证了该算法的有效性和实用性.     

基于2D-SOONE算法的MIMO稀疏面阵二维成像

为了解决采用传统的1D-CS算法进行分维处理时丢失耦合信息导致越单元徙动、影响成像质量且运算时间长的问题,研究了接收阵元整行整列稀疏的MIMO面阵结构特性,分析了该稀疏面阵所接收回波信号的二维联合稀疏特性,采用2D-SOONE算法对回波信号进行二维联合重构,算法采用序列一阶负指数取代传统SL0算法的高斯函数,拓至二维并利用梯度投影求解,具有二维联合重构性能的同时提高重构精度。通过实验,仿真了该算法在不同阵列稀疏度、不同信噪比下用于MIMO稀疏面阵的成像效果。仿真结果表明,2D-SOONE抑制了传统的1D-CS算法的越单元徙动问题,减少了运算时间,且成像质量较2D-SL0更优。     

直接边界元法奇异积分的研究

在用直接边界元法解决弹性问题时,当场点与加载点重合时,边界积分方程将出现奇异.为了减少计算误差,有必要求出奇异积分的解析式.应用高等数学基本理论推导出二维弹性问题直接边界元法奇异积分的解析式,采用线性单元离散边界,求出了奇异的对角线子矩阵元素的解析表达式.根据理论推导的结果,编制了相应的计算程序.可用于分析弹性二维问题的位移场和应力场.     

双基地SAR点目标图像质量评估算法

为检验双基地合成孔径雷达(BiSAR)成像算法的正确性,需要对BiSAR成像结果做出定量的评价.针对BiSAR点目标成像结果方位向方向和距离向方向不正交的问题,提出相应的点目标成像质量评估算法.该算法对BiSAR点目标成像结果进行二维插值和旁瓣扩展方向自动搜索,并沿其搜索方向对仿真图像进行定量评估.计算机仿真结果验证了该算法的有效性.