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.     

利用多通道联合稀疏重建的干涉逆合成孔径雷达三维成像算法

针对单通道超分辨成像算法重建的超分辨图像间散射点的位置出现偏差的问题,提出了一种利用多通道联合稀疏重建的干涉逆合成孔径雷达(MCJSR-InISAR)三维成像算法。首先利用联合包络对齐算法校正目标平动对应的包络时延,再利用联合自聚焦算法实现平动补偿的初相校正,对来自不同天线的回波信号的距离差进行补偿,然后利用MCJSR进行超分辨成像,同时利用快速傅里叶变换提高运算效率,最后利用水平及俯仰干涉相位信息实现机动目标的InISAR三维成像。MCJSR-InISAR算法具有更高的强散射中心重建精度,能够对通道间的相对相位信息进行有效的保持。实测数据表明,与单通道超分辨成像算法相比,MCJSR-InISAR算法成像结果的熵值降低了约0.17,且运算复杂度降低了O(105)。     

双基地逆合成孔径雷达成像分析

在波数域对双基地逆合成孔径雷达(ISAR)模型进行分析.双基雷达ISAR的特殊性主要体现在双基地角和等效视线方位角这两个参数中.前者会影响径向波数的大小而后者会影响波数的方向.利用双基地角等值线将观测区域进行了分类.对各类区域内双基地角和等效视线方位角变化规律进行了讨论,从而可以确定各区域内的双基ISAR成像算法.仿真结果验证了分析的正确性.     

稳健多子孔径图像偏移的SAR自聚焦算法

针对运动误差较大并且存在相位误差模糊的情况,提出了一种结合对比度法解模糊的稳健多孔径图像偏置（multiple aperture mapdrift, MAM）算法,在场景不存在特显点条件下仍然可以取得较好的聚焦效果。该算法对特显点依赖低,利用多个不重叠的子孔径采用对比度法解模糊估计高阶相位误差,估计误差结果精度高。此外,该算法计算过程简单,有效提高了运算效率。最后通过仿真实验和实测数据处理验证了算法的有效性与可行性,取得了良好的效果。     

联合运动补偿的逆合成孔径雷达成像方位定标方法

在雷达识别系统中,确定目标的尺寸对于提高目标识别能力具有重要的意义。针对逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar, ISAR）成像的定标问题,考虑了等效转台和残余平动引入的相位误差,提出了一种ISAR目标有效转动速度估计的新方法。通过在距离多普勒图像中自适应提取若干目标特征点,对其建立时变自回归模型（time varying autoregressive, TVAR）。利用多项式拟合极点的多普勒历程,解算有效转动速度与残余相位误差系数。该方法不仅能可靠实现方位定标,残余的相位误差补偿可进一步提高图像的聚焦性能。仿真和实测数据实验验证了所提方法的有效性。     

窄带雷达自旋目标成像

在详细分析自旋目标窄带雷达回波特性的基础上,提出基于复数后向投影算法的自旋目标成像算法,由于该算法利用旋转散射点的相位进行匹配搜索成像,因此具有较高的分辨率以及成像效率.同时,本文分析了该算法的分辨率及其对雷达脉冲重复频率(PRF)的要求.若目标转速较高而系统PRF无法满足,则根据压缩感知理论以及自旋目标ISAR数据的稀疏性特点,建立了方位欠采样条件下的成像模型,并提出基于正交匹配追踪的自旋目标成像算法.不同条件下的仿真结果验证了算法的有效性.     

双通道MIMO-SAR运动目标成像

基于双通道多输入多输出合成孔径雷达(multiple-input multiple-output synthetic aperture radar, MIMO-SAR) 新体制,提出一种置换相位中心天线(displaced phase center antenna, DPCA) 离散调频傅里叶变换(discrete chirp-Fourier transform, DCFT) 实现运动目标的检测、定位和成像的方法。提出利用DCFT方法估计运动目标径向速度,考虑到线性调频信号通过DCFT处理后的单峰值特性,给出一种估计目标运动沿航向速度的快速搜索方法。由于同一多普勒中心频率在不同载频下的脉压位置不同,因而可以利用位置的比值来确定模糊次数,从而实现了运动目标的正确定位。在解模糊过程中,给出了载频设计分析。通过将传统双通道DPCA的一发多收体制扩展到双通道MIMO体制,不仅能够实现低信噪比情况下动目标检测,还可以完成动目标速度测量、定位和成像。     

多发多收Scan模式实现高分辨宽测绘带SAR成像

针对传统星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)高分辨与宽测绘带成像之间的矛盾,提出基于多发多收扫描模式的SAR成像方法。该方法通过控制波束指向,使其在距离向多个子测绘带间周期性照射,进而得到距离向宽测绘带。同时,为了保证方位向分辨率,利用多天线接收和波束形成实现低方位重复频率下的多普勒模糊信号重构。另外,利用多个发射天线发射不同载频信号及频带合成技术获得距离向高分辨率。最后,应用参数设计结合仿真数据实验验证了该方法的有效性。     

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。     

高速运动目标的频域合成带宽方法

为了利用线性调频步进雷达获得高速运动目标的高分辨距离像,提出了基于高速运动模型的频域合成带宽方法.该方法根据运动目标雷达回波的精确模型建立运动补偿因子,并在时域将回波信号与频域频谱搬移的误差频率混频,以消除频域频谱搬移误差的影响.与传统的基于低速运动模型的合成带宽法相比,所提方法对高速运动目标回波补偿后不存在子脉冲频谱的初相补偿误差和失配误差,具有更高的补偿精度.针对高速运动目标的仿真结果表明,在采用海明窗加权的情况下,与基于低速运动模型的频域合成带宽法相比,所提方法得到的距离像没有出现栅瓣且副瓣电平在-42 dB以下.