基于分数阶傅里叶变换的弹载SAR成像算法

针对弹载合成孔径雷达(SAR)回波信号的多普勒参数随斜距变化大及传统脉冲压缩成像算法分辨率低的问题,本文提出了一种基于分数阶傅里叶变换(FrFT)的弹载SAR成像算法.首先建立弹载SAR末制导阶段回波信号模型,然后通过局部最优处理来测量回波信号的调频率,并以此计算FrFT的最优阶次,在最优阶次下分别对回波信号进行距离向和方位向的FrFT,从而得到成像区域的SAR图像,最后分别采用传统脉冲压缩成像算法与本文基于FrFT的成像算法进行仿真和实测对比实验.实验结果表明,该算法能够对目标区域精确成像;由于在成像处理过程中,对每个距离向和方位向的回波信号进行独立的局部最优处理,因此该算法更适应于弹载SAR的非线性飞行轨迹,大大提高了弹载SAR的成像性能.该研究成果在目标探测与识别,精确制导等领域中具有重要的应用价值.     

基于子带补偿的弹载聚束SAR成像算法

弹载SAR成像常用非线性变标类算法改善聚焦效果.然而,非线性变标算法由于自身的局限性,在三维匀加速聚束SAR成像模式中非常容易失效.针对这一问题,本文提出了一种子带补偿法,并将该方法结合到弹载SAR聚束成像算法中.新算法不引入三次相位操作,可有效补偿随目标位置走动的多普勒调频率.仿真结果和分析表明,与常用的非线性变标类算法相比,本文所提算法在运算量、成像结果、适用性上都具有优越性,具有一定的工程应用价值和理论意义.     

双基地角时变下的逆合成孔径雷达越分辨单元徙动校正算法

采用双基地逆合成孔径雷达距离-多普勒算法成像时,目标尺寸较大或累积转角过大,会引起越分辨单元徙动现象,影响成像质量.针对双基地角时变下逆合成孔径雷达成像的越分辨单元徙动问题,提出了一种校正算法.首先,建立了双基地逆合成孔径雷达回波模型,分析了越分辨单元徙动的产生机理,并通过广义的Keystone变换实现了越距离单元徙动的校正,同时消除了目标非匀速转动对成像的影响.然后,基于图像对比度最大准则估计了图像的等效旋转中心位置,并对距离向绝对定标,进而构造补偿相位项,完成了越多普勒单元徙动的校正.仿真实验结果表明,此方法能够有效地校正双基地角时变下的越分辨单元徙动,提高成像质量.     

基于Contourlet变换的自适应SAR图像相干斑噪声抑制算法

为了保持高岛分辨率合成孔径雷达(SAR)图像中的纹理结构,提出了一种基于BivaShrink模型的Contourlet 域SAR图像相干斑噪声抑制算法.联合当前层和父层的Contourlet系数,通过计算局部方差一致性范数和区域能量比,自适应地确定方差估计区域的形状和大小.从而对原始图像方差进行最优估计.实验结果表明,算法在噪声的去除和结构信息等细节的保持上均不同程度的优于小波BivaShrink去噪算法和Contourlet 阈值去噪算法,主观效果和数值指标都有较好改进.     

高分辨宽测绘带星载合成孔径雷达频域重构算法

针对传统星载合成孔径雷达(SAR)系统高分辨率和宽测绘带之间的矛盾,采用方位向偏置相位中心结合距离向波束扫描（ScanSAR）模式实现同时高分辨宽测绘带SAR成像,并针对雷达脉冲发射频率、平台速度和天线尺寸不满足严格约束条件导致的方位向非均匀采样提出了频域重构算法。该算法可以实现精确频谱重构,并且极大地提高了系统设计和参数选择的灵活性。五扫六通道SAR系统的频域重构算法的仿真结果显示成对回波抑制达60 dB以上,方位模糊比达-23 dB,证明了该算法的有效性。     

改进的双曲等效法用于双站合成孔径雷达前视成像

双站合成孔径雷达(SAR)前视成像有着很多的潜在应用,比如在能见度很低的天气实现飞机的导航和盲降,提高飞机飞行的安全度等.然而实现双站SAR前视成像的难点在于其距离历程的双根式性,直接采用驻定相位原理对其分解将得到复杂的解析式,从而后续算法的推导变得困难.现有的双曲等效法可以将双根式距离历程等效为单根式,但由于该方法为距离历程的二阶近似,当用于双站SAR前视成像时,由于其较大的前视角,未完全等效的距离历程高次项造成的误差已经超出可以接受的范围.针对以上问题,本文首先提出了一种改进的双曲等效法,该方法通过引入新的补偿变量来提高距离历程的等效精度;然后在此基础上推导回波信号的二维频谱解析式,并给出了一种适用于双站SAR前视成像的距离多普勒算法;最后通过仿真实验,将原双曲等效法与改进方法的等效误差以及成像结果做对比,验证了本文算法的有效性和优越性.     

平台转动对SAR成像的影响分析

分析了合成孔径雷达(SAR)平台偏航、俯仰和横滚3个方向转动对成像的影响。建立了平台转动模型,从雷达照射区域的变化、回波的幅度调制和回波的相位调制等3个方面展开分析,定量分析了平台转动对成像幅宽和方位聚焦的影响。分析结果表明,平台转动会产生成像幅宽损失,影响方位聚焦,并会改变目标的方位位置。分析结果可以为SAR系统设计和算法论证提供一定的参考。     

机动目标逆合成孔径激光雷达成像算法

针对逆合成孔径激光雷达对机动目标成像时,其回波信号存在距离向色散和方位向多普勒时变的问题,在建立机动目标精确回波信号模型的基础上,提出一种基于积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换的成像算法.在距离压缩时,首先采用积分立方次相位函数快速估计出回波脉冲的调频率,进而在最佳旋转角下采用分数阶傅里叶变换实现距离像压缩,消除距离色散.经过运动补偿后,在方位压缩时结合积分立方次相位函数-分数阶傅里叶变换与Clean技术实现对每一距离单元上强弱散射点的分离成像,解决由于机动运动产生的方位多普勒时变而形成的图像散焦问题.最后,通过散射点模型的仿真实验,验证了所提方法的有效性.     

超声成像中基于特征空间的前后向最小方差波束形成

针对最小方差(MV)波束形成在算法稳健性和超声成像对比度方面存在的缺点,提出一种将特征空间法和前后向空间平滑法融合用于最小方差波束形成的超声成像方法。首先用前后向空间平滑取代传统的前向空间平滑,得到更精确的协方差矩阵;然后计算最优加权向量,并将该向量投影到由协方差矩阵特征空间构造的信号子空间中;最后利用投影所获得的向量与阵元数据进行运算得到成像回波数据。为了验证算法的有效性,对医学成像中常用的点目标和斑目标进行了成像实验。仿真结果表明:所提出的方法不依赖于对角加载参数的选取,在保持MV算法高分辨率的同时,还有效提高图像的对比度和算法的稳健性。      

低曝光条件下遥感相机微振动量检测

针对搭载平台颤振对遥感相机成像的影响,利用辅助高速面阵CCD相机拍摄高帧频图像序列,通过像元合并来补偿曝光时间不足,增加图像的亮度、对比度和信噪比,同时结合一种区域选择算法来选择用于计算的图像区域,最后使用灰度投影算法对振动位移量进行估计.实验数据表明,提出的改进算法误差为一个像元,在准确性和稳定性方面均明显优于原始算法.     

A complex target terrain SAR raw data generation and evaluation based on inversed equalized hybrid-domain algorithm processing

In this paper, synthetic aperture radar raw data generation of complex target terrain based on inverse equalized hybrid-domain processing technique is proposed. Firstly, the basic synthetic aperture radar (SAR) echo model is derived via spectral analysis of extended chirp scaling. Then, the inverse equalized extended chirp scaling algorithm (ECSA) procedure is applied directly step by step to a real input SAR image in order to generate the raw data of the reference SAR image. The whole raw data generation (RDG) procedure only consists of Inverse Equalized ECSA (IEECSA) without integral equation and computation complexity, which means easier implementation and higher efficiency. By applying the resulted RDG into different image formation algorithms (IFAs), not only the final images are reconstructed but also the resulted RDG is evaluated in practice. Finally, valid image quality assessment techniques are implemented on the reconstructed images. The simulations not only confirm the validity of the proposed RDG method based on inverse equalized hybrid-domain technique but also evaluate the quality metrics of reconstructed images as a method of reliability assurance.     

Research on synthetic aperture radar imaging technology of one-dimensional layered rough surfaces

A quick and exact imaging method for one-dimensional layered rough surfaces is proposed in this paper to study the scattering characteristics of a layered medium that exists widely in nature.The boundary integral equations of layered rough surfaces are solved by using the propagation-inside-layer expansion combined with the forward and backward spectral acceleration method(PILE+FB-SA),and the back scattering data are obtained.Then,a conventional synthetic aperture radar(SAR) imaging procedure called back projection method is used to generate a two-dimensional(2D) image of the layered rough surfaces.Combined with the relative dielectric permittivity of realistic soil,the random rough surfaces with Gauss spectrum are used to simulate the layered medium with rough interfaces.Since the back scattering data are computed by using the fast numerical method,this method can be used to study layered rough surfaces with any parameter,which has a great application value in the detection and remote sensing areas.     

一维粗糙地表面下方埋藏目标SAR成像

提出一种快速实现一维粗糙地表面下方埋藏金属目标的成像算法.用层内波传播算法结合谱加速的前后向迭代算法(PILE+FB-SA)计算一维粗糙面下方埋藏金属目标的后向散射;用得到的后向散射数据结合后向投影算法实现二维SAR(synthetic aperture radar)成像,研究窗函数的选取,讨论目标位置及尺寸大小变化的影响.用具有高斯谱的粗糙面模拟实际地表面,并采用锥形波入射以减小人为截断粗糙面引起的边缘效应.由于散射数据由快速数值算法得到,该算法不受地面和目标参数限制,可以实现任意粗糙地表面和复杂目标成像,对地下目标探测具有重要的应用价值.     

一种机载合成孔径成像激光雷达聚束模式成像算法

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源的成像系统,可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的效果.首先,在理想条件下分析了调频连续波的信号模型,推导出在连续波系统聚束模式下一种适用于机载合成孔径成像激光雷达系统的频率变标算法.然后,使用傅里叶变换法对符合von Karman谱的随机相位屏模拟大气湍流,并分析了Fried参量和合成孔径长度之间的关系.最后,仿真说明真空中采用方位预处理可以消除图像重影,并且补偿多普勒频移项可以消除8.6～9.3dB的能量损失和使图像散焦的现象.而在有大气影响时,合成孔径长度的选择小于Fried参量时,图像方位向可以良好聚焦.     

低曝光量下投影算法的稳健性研究

研究了在低曝光量情况下灰度投影算法的稳健性,为提出的稳定成像系统的设计与实现提供可行性论证。通过合成视频实验探讨、实际视频实验论证相结合的研究方法,探讨曝光量不足对灰度投影算法性能的影响。实验结果表明,灰度投影算法在欠曝5档和存在一定随机噪声的情况下,仍能保持良好的运动矢量估计性能,从而说明了投影算法在一定的曝光量范围内仍能准确地得到运动矢量估计,是一种运算量小、实时性好且稳健性较强的电子稳像算法。投影算法在低曝光量情况下良好的稳像稳健特性,使其能在低亮度及高实时性要求等环境下应用于航拍、卫星遥感等稳定成像或高清晰成像场合。     

融合改进直方图PDE和二维Tsallis熵多阈值SAR分割

针对合成孔径雷达(SAR)图像中存在大量的相干斑噪声,对SAR图像进行分割易出现分割不精、边缘模糊等问题,融合改进的直方图PDE和二维Tsallis熵多阈值,提出了一种SAR图像分割算法。根据PDE直方图均衡化方法,将图像去噪与图像增强加权融合,利用各自权值调整去噪项与图像增强项;同时将二维Tsallis熵单阈值分割方法扩展到多阈值分割, 建立基于多阈值的选取方法,并引入萤火虫算法来求解最优阈值对,实现了二维Tsallis熵多阈值对去噪增强SAR图像的有效分割。仿真结果表明:与其他3种分割算法相比,该文算法在处理噪声大、灰度差值小的图像时具有较高的分割精度,PRI至少提升2.53%、VOI降低8.48%、GCE降低11.14%。     

合成孔径雷达图像的Contourlet域空间选择滤波降斑算法

合成孔径雷达(SAR)图像的相干斑噪声降低了影像分割和分类的效果,会导致影像判识困难。结合Con-tourlet系数的结构特点和SAR图像相干斑乘性噪声模型,提出了一种新的基于Contourlet变换的降斑算法。该算法利用信号与噪声在Contourlet域尺度间相关性的不同,通过空间选择滤波对系数进行分类,采用混合分布模型,实现了SAR图像的降斑处理。实验结果表明,该算法不仅能有效地抑制相干斑,而且还能有效地保护图像的细节特征。     

缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面(RCS)研究

本文首次以钛宝石飞秒激光振荡级为抽运源,搭建了国内首套宽频时域太赫兹雷达(带宽0.1—1.3 THz)并进行了基于标准球的系统校正验证.利用该雷达测量了太赫兹波段三种缩比模型的散射时域信号.通过改进后的后向投影算法对模型的轮廓外形进行了成像研究,验证了新型时域散射信号成像机理.太赫兹雷达更高的频率,宽谱的特征和高分辨率成像的能力有望用于隐形外形设计过程,成为新兴的太赫兹散射特征研究平台.