电离层延迟色散对星载SAR宽带信号的影响和补偿研究

在研究电离层对电磁波信号传输影响的基础上,重点分析了电离层延迟对星载SAR(合成孔径雷达)宽带信号的色散影响.电磁波经过电离层传输后,对不同频率的信号造成的时间延迟不同,所以宽带SAR信号经过电离层后会引起波形的畸变.详细推导了经过电离层传输后的雷达回波表达式,并且在该回波表达式的基础之上,提出了基于该色散信号的改进匹配滤波器.改进后的匹配滤波器可以成功地将受电离层色散效应影响的信号补偿为正常SAR回波信号.仿真证明了该补偿方法的正确性,从仿真结果中可以看出信号的色散效应在补偿之后得到了明显的消除.     

星载全极化SAR观测P波段Faraday旋转效应分析与消除

地面植被下层与次地表层的星载微波遥感要求低频波段(如P波段)的合成孔径雷达(SAR)探测,但低频P波段将受到电离层Faraday旋转(FR,Faraday rotation)效应的显著影响.文中分析FR后的P波段全极化测量不可以直接用于地表分类,但证明了由FR后的全极化测量推导无FR的全极化数据时存在的±π/2模糊误差并不影响地表分类参数u,v,H,α的计算,因此可以从全极化测量经无FR效应转换后形成的u,v,H,α进行地表分类;进一步地,根据FR角度随地理位置的变化不会突变,提出一种可消除±π/2模糊误差的方法,而完成FR后全极化测量反演无FR的全极化数据.     

合成孔径雷达自回归线性预测带宽外推超分辨率成像算法

提出一种合成孔径雷达(SAR)二维自回归线性预测带宽外推超分辨率成像算法。根据SAR成像机理推导SAR线性预测带宽外推的信号模型;利用观测数据和SAR信号模型,估计表征信号带宽内和带宽外数据性质的统计特性,计算二维自回归(AR)模型参数;采用层迭方式外推观测数据,生成高分辨率图像。分别利用距离向数据、点目标仿真数据和实测数据对本文方法进行有效性验证。研究结果表明:本文方法可以在不增加硬件系统负担的情况下,提高影像分辨率。     

基于SSC的星载SAR有源干扰方法

 不同干扰方式对星载SAR的干扰效果主要取决于干扰信号与SAR回波信号的相似度,即干扰信号在信号结构和特征方面与星载SAR回波的相似程度。通过提出一种基于散射统计特性（SSC）的星载SAR有源干扰方法,构建用于干扰星载SAR的类杂波信号数学模型,分析该信号与星载SAR回波信号的散射统计特性相似度,并进行了仿真分析。仿真结果表明该方法在相同的干信比下有更好的干扰效果,具有较好的应用前景。     

面向极化SAR图像配准的极化特征

不同波段的极化合成孔径雷达(SAR)图像间的配准,是多波段极化SAR数据融合中的一个重要问题。该文从地物的极化散射机理出发,提出了一种适用于尺度不变特征变换(SIFT)配准算法的极化特征。该特征包含了地物目标主要散射成分的信息,并反映了其他弱散射成分的强度分布,可在不同波段极化SAR图像中保持稳定。实验结果表明:与使用散射总功率(Span)实现多波段极化SAR图像配准的方法相比,该特征在不同波段下的差异较小;使用SIFT算法配准后,该特征图像可得到更多的关键点和正确配准点,且配准点的分布较分散,从而有效地提高了多波段极化SAR图像的配准性能。     

电离层闪烁对GEO SAR成像的影响分析

研究电离层闪烁效应对GEO SAR成像的影响. 针对GEO SAR系统的特点,首先通过GEO SAR系统参数的仿真,分析电离层对于GEO SAR影响的特殊性,而后通过多相屏理论,仿真分析电离层闪烁产生的随机起伏现象对GEO SAR系统图像质量的影响,最后结合Monte Carlo仿真,给出了不同电离层起伏条件下GEO SAR直接合成孔径处理的最优积累时间. 分析结果表明:相同GEO SAR系统参数下,电离层闪烁起伏越大,合成时间越长,成像质量结果越差,甚至会出现无法聚焦的情况.      

基于脉间中断调频连续波的高空慢速单基机载SAR成像

调频连续波用于高空慢速单基机载SAR成像时,收发隔离和远距离探测都是亟待解决的问题。结合高空慢速运动平台的特点,提出了一种脉间中断调频连续波(Inter-Pulses Interrupted Frequency-Modulated Continuous Wave, IPIFMCW)的信号模型,通过载频不同的门控信号调制多个发射信号,设置较大的脉间中断时间,将子脉冲回波差频信号在快时间域时移合成大带宽信号,实现高空慢速机载SAR成像。通过与脉间中断调频连续波(FMICW)的理论分析比较,说明该方法不仅解决了收发隔离难题,同时满足高空机载SAR远目标成像需求,避免出现距离模糊。最后结合频率变标算法(FSA)实现了基于IPIFMCW信号的高空慢速单基机载SAR成像。     

星载合成孔径雷达成像斜地校正算法研究

根据星载合成孔径雷达(SAR)斜地校正模型和校正原理,提出了基于离散傅里叶变换(DFT)的频域sinc插值算法.将SAR图像沿距离向做离散傅里叶变换,在不破坏原信号频谱的条件下,进行频谱中心补0,再做逆傅里叶变换,完成对图像的插值.用该方法对复图像和灰度图像进行斜地校正,证明两种不同图像的sinc插值方法在效果上是一致的,均可完成对能量图像的插值.用Radarsat的数据成像,对复图像、求模图像和量化灰度图像进行频域sinc插值,验证了算法的可行性和有效性.     

宽带单层开孔式双波段双极化SAR天线的设计

提出一种新型共用口径L/C双波段双极化单层开孔式结构的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)天线,这种新型结构旨在提高L/C双波段双极化共口径SAR天线中L波段的天线带宽.对天线进行仿真、加工和测试.测试结果表明,L波段的反射系数不大于-10 dB的相对带宽达到13.7%,C波段相对带宽达到17.0%.实验结果验证了新型结构的有效性.     

二相编码信号载频盲估计快速算法研究

讨论二相编码信号载频盲估计快速算法.在没有接收信号先验知识的情况下,首先粗略估计出二相编码信号的载频(fc)和3 dB带宽(△f3dB),然后以(fc)为中心,以4(△f3dB)为带宽对BPSK信号滤波,再对滤波后信号平方得到一个准正弦波信号,估计出该信号的频率,最后将该频率除以2就得到BPSK信号的载频精确估计值.理论分析证明本算法的合理性,并给出算法的应用门限.仿真结果表明本算法在没有先验知识的情况下可以对BPSK信号载频进行精确估计,特别是在低信噪比条件下依然能够取得良好的估计性能,且本算法简单易行,运算量小,适合实时处理.     

星载SAR水域分割研究进展与趋势分析

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动微波成像传感器,能够不受天气、光线以及云层的影响,实现全天时、全天候的成像.因此,SAR图像已成为遥感水域监测的主要数据源之一.该文从技术方法的角度出发,论述了近年来国内外基于SAR图像进行水域分割的几种方法及其典型应用,从技术原理、实验效果等方面对各个方法进行了介绍,最后对星载SAR水域分割技术的发展趋势进行了分析和展望.     

基于低复杂度卷积神经网络的星载SAR舰船检测

星载SAR(合成孔径雷达)舰船检测广泛应用于海上救援和国土安全防护等领域.鉴于传统的检测方法仍存在虚警率高等缺点,本文将具有强大表征能力的卷积神经网络(CNN)引入到星载SAR舰船检测中,面向SAR舰船检测的精准快速的需求,提出了基于低复杂度CNN的星载SAR舰船检测算法.算法结合星载SAR图像的特点,利用ROI提取方法实现目标粗提取,得到可疑目标切片及其对应的位置信息;通过构建的低复杂度CNN对所有的可疑目标切片进行精确分类,确定舰船目标,从而实现舰船目标检测.实验测试结果表明:本文提出的算法可以实现精准的星载SAR舰船检测;与传统双参数CFAR目标检测和基于现有深度网络框架(LeNet、GoogLeNet)的检测算法相比,该算法检测性能更好、检测时间更短,可有效降低检测漏检率和虚警率.     

星载合成孔径雷达实时快视成像系统

给出了一种基于多数字信号处理(DSP)并行处理技术的星载合成孔径雷达(SAR)快视成像系统设计,比较了多种星载SAR成像算法.针对某星载SAR参数提出了优化的实时算法流程,系统实现了对L波段星载SAR距离向1/4降分辨率和方位向四视实时成像处理.通过仿真和实测数据,分析和验证了系统成像结果.     

综合因素下的星载SAR模糊函数分析

综合考虑地球自转、地球曲率以及卫星轨道等因素,建立了星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）卫星绕地飞行模型,推导了星载SAR模糊函数的表达式。通过对模糊函数进行分析,表明模糊函数与地球自转、地球曲率及卫星轨道因素有关。为验证理论推导结果,对卫星位于不同赤纬(卫星与地心连线和赤道面的夹角)照射地面目标情况进行了仿真分析,仿真结果表明：对比传统模糊函数,地球自转和卫星观测位置会使星载SAR的模糊函数分辨单元轴有一定的偏转,而地球曲率和卫星圆轨道会影响星载SAR模糊函数所表示的分辨率,在合成孔径时间较长或卫星侧视角较大的情况下表现得更为明显。     

自适应SAR图像噪声识别和去噪算法研究

对噪声SAR图像进行噪声类型识别,是对图像进行有针对性去噪的第一步。针对7种典型噪声的干扰图像,提取包括Zernike矩、小波高频不显著系数子带能量比、噪声能量特征值等在内的8类特征值。设计了反向传播(BP)神经网络分类器,可以实现对不同噪声类型干扰的SAR图像的有效识别。采用了包括Probabilistic Patch-Based filter、2DDFT-DWT等7种最新有效过滤SAR噪声图像的算法进行综合去噪。实验结果表明,系统能够在一定程度上自适应过滤受到不同噪声干扰的SAR图像信号。     

基于高分三号卫星的实时船舶检测算法

针对目前在轨星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)船舶检测主要基于地面处理平台,无法满足星上实时任务规划发展需求的问题,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)处理架构,设计了一套用于星上实时处理系统的SAR船舶目标检测算法.结合星载SAR对海观测典型参数指标,在现有处理平台架构上优化所设计算法,最终形成可用于星载SAR船舶目标实时处理系统的检测算法.通过高分三号的59幅SAR图像数据详尽的验证所设计算法的性能.测试结果表明,算法满足系统的可行性和时效性需求.     

基于RaySAR软件的上海外滩建筑群合成孔径雷达图像模拟

利用RaySAR软件对上海市外滩建筑群进行合成孔径雷达(SAR)成像模拟.绘制了不同反弹次数信号对应的反射率图、信号反弹次数分布图.结合目标的几何物理信息,分析了模拟SAR图像中的点、线状特征、不同反弹次数信号和建筑具体结构之间的对应关系.试验表明,雷达信号的反弹次数与建筑物结构细节密切相关.基于真实雷达影像序列,按PSInSAR方法选取的永久散射体点的位置及其分布与SAR模拟图像中的二次、尤其是三次反弹信号的成像吻合度较高,初步实现永久散射体点在建筑物上的精确定位.     

典型目标的合成孔径雷达回波生成与图像仿真

分析了典型目标的合成孔径雷达(SAR)回波与图像仿真对验证SAR成像算法的有效性、开展SAR图像解译和SAR图像自动目标识别等方面的研究具有重要作用,在现有的SAR回波信号和图像仿真方法基础上,提出了一种新的目标SAR回渡信号和图像仿真方法,该方法把目标特性分析的曲面像素法和基于二维傅立叶变换(2DFFT)的SAR回波信号仿真数学模型相结合,采用曲面像素法来计算目标的散射率,用基于2DFFT的回波生成方法来计算SAR回波,实现了典型目标的合成孔径雷达回波生成和图像仿真,并给出了相应的仿真结果,证明了该方法的有效性.     

星载合成孔径雷达图像解析定位算法研究

在合成孔径雷达(SAR)图像目标定位技术的基础上,研究基于3个地面控制点的目标图像解析定位算法.该算法利用地球模型和合成孔径雷达图像的特点,在地心直角坐标系下求解目标的位置,用解析算法实现对目标的定时定位,并采用GPS定位数据对北京地区7个点进行了目标定位测量,给出了各点的误差分析.算法不依赖卫星平台和雷达参数,可用于未校正的星载SAR图像.     

SAR图像超像素生成算法抗噪性能研究

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像受相干斑噪声影响严重,针对SAR图像的超像素生成算法需具有较强的抗噪性能,现有的SAR图像超像素生成算法有很多种,但对其抗噪性能的研究并不多。文章针对上述问题进行研究,基于区域冗余度和区域准确率,提出一种SAR图像超像素生成算法的抗噪性能评价方法,对几种经典的SAR图像超像素生成算法的抗噪性能进行评价。实验采用不同噪声水平的合成SAR图像以及由SIR-C和RADARSAT-2获取的真实SAR图像进行测试。结果表明,与其他算法相比,efficient graph-based segmentation(EG)算法的抗噪性能最优,最适用于SAR图像分割。