基于频谱偏移估计的分布式星载SAR提高距离向分辨率的数据处理方法

分布式星载SAR利用不同视角回波信号之间地面散射频谱不同的特性来提高SAR图像的距离向分辨率.其数据处理的关键就是如何将这些不同频段的信号相结合,得到具有更宽频谱的高分辨率图像.本文提出了一种基于频谱偏移估计的分布式星载SAR提高距离向SAR图像分辨率的数据处理方法.该方法的主要思想是在SAR复图像的基础上,通过精确的估计,得到SAR复图像间的距离向频谱偏移量,并根据该偏移量,在频域进行距离向频谱偏移补偿后将图像相加.建立了分布式星载SAR单视复图像的信号模型,推导了基于频谱偏移估计提高SAR图像距离向分辨率的原理公式,给出了基于频谱偏移估计提高距离向分辨率的具体数据处理步骤.最后采用仿真数据验证了理论推导的正确性和数据处理方法的有效性.     

GEO星机双/多基地SAR系统同步探讨

分布式合成孔径雷达（SAR）系统已成为SAR领域新的研究方向和研究热点,在地球静止轨道（GEO）上构建发射站,在空中飞机上配置SAR接收机的星机双基地SAR,是一种新体制的SAR系统。该文对基于地球静止轨道（GEO）的卫星作为发射站平台,飞机作为接收站的星机双基地SAR系统进行了介绍,给出了系统的组成方式,并就星机各自的轨道进行了简述,文章重点对GEO星机双基地SAR系统的同步问题进行了分析,提出了初步的构想,并给出了部分仿真结果。     

一种求解GEO星机双基地SAR二维频谱的方法

求解回波信号的二维频谱是双基地合成孔径雷达(Bi-SAR)系统成像的关键问题,传统方法主要有Loffied双基公式法(LBF)和扩展Loffied双基公式法(扩展LBF)。而对于地球同步轨道星机双基地合成孔径雷达(GEO星机双基地SAR)来说,由于收发平台具有明显的异构性,采用传统方法求解回波信号二维频谱会产生较大的误差。文中针对GEO星机双基地SAR系统的结构特点,提出采用多普勒贡献比加权(DDW)的方法来求解回波信号的二维频谱,并通过仿真分析比较了LBF、扩展LBF、DDW三种方法求解回波信号二维频谱的相位误差;然后,选取GEO星机双基地SAR场景下的点目标,利用求解得到的二维频谱进行仿真成像;最后,比较了成像效果,说明采用DDW方法求解该模式下回波信号二维频谱的优越性。     

分布式GEO SAR模糊度分析

地球同步轨道合成孔径雷达（GEO SAR）具有短重访、广覆盖等优势。分布式GEO SAR由多个GEO SAR同时收发形成多个相位中心,具有可降低合成孔径时间、提高信噪比等优点。模糊度是雷达系统设计中的重要指标,传统SAR的模糊度计算通常在距离时域、方位频域进行。然而在分布式GEO SAR中,通常无需进行全孔径成像即可获得满足要求的分辨率,因而点目标的方位向信号带宽低于场景瞬时多普勒带宽,使得基于方位频域的模糊度计算方法失效。此外,双基地配置以及地球球形表面也给地面模糊区位置的计算带来困难。本文首先给出考虑地球球形表面的双基地GEO SAR模糊区位置的近似计算方法,然后给出分布式GEO SAR模糊度的计算步骤。仿真对比分析了传统频域方法与本文所提方法,并详细分析了单基地GEO SAR、双基地GEO SAR和多基地GEO SAR的模糊度特点。      

基于Hausdorff距离的多分辨率目标跟踪方法

针对目前运动目标跟踪算法的计算结果和效率不能令人满意的现状,提出利用改进的Hausdorff距离进行模板匹配,它具有计算量小,适应性强的特点.为了能较快的跟踪目标,采用多分辨率分析的方法处理序列图像.实验结果表明,本文的算法能显著提高运动目标跟踪的准确程度和效率.     

基于多抽样率系统的频谱多分辨率算法研究

快速傅里叶变换作为最常用的变换只能得到单一分辨率的频谱,给实际应用带来很多问题。本文介绍的基于多抽样率系统的变频谱多分辨率算法可以得到变分辨率的频谱,并针对多分辨率算法可能丢失突变信号频率的问题,提出了多分辨率改进算法。从仿真对比研究的结果看出,该方法比传统的信号分析方法更为优越。     

地球同步轨道圆迹SAR 三维分辨特性分析

针对地球同步轨道圆迹SAR (Geosynchronous Circular SAR, GEOCSAR)具有平台轨道高、斜椭圆形空间轨迹和椭球面成像区域等特点,需建立新的理论分析模型对其分辨特性进行评估。该文从建立观测目标与SAR平台的空间几何关系出发,推导出目标点与场景中心对应的斜距差与圆迹方位角的函数关系,进而给出3 维点扩展函数表达式,并得出分辨函数受sinc 函数和贝塞尔函数共同影响的结论。然后重点分析了3 维分辨特性随地理位置、信号带宽、圆迹半径和孔径大小的变化规律,最后通过信号仿真实验进一步对理论建模进行了验证。      

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。     

电离层对P波段星载SAR信号距离特性的影响

P波段星载合成孔径雷达(SAR)因其穿透特性而受到关注,但是电离层中的自由电子对P波段星载SAR电磁波的传播有较大影响。文中结合工程适用的电离层电子浓度剖面模型,分析了背景电离层电子浓度随时空变化将会引起SAR图像距离向的偏移,同时电离层的色散效应会导致SAR压缩后的波形展宽,使距离向的分辨率变差。仿真结果为P波段星载SAR系统设计提供依据。     

基于频谱偏移估计提高距离向分辨率处理算法的误差分析

基于频谱偏移估计算法是一种分布式小卫星合成孔径雷达(Distributed Small Satellite Synthetic Aperture Radar,简写为DSS-SAR)提高距离向分辨率的数据处理方法,它实现过程简洁、数据量小.从基于频谱偏移估计算法的实现过程知道,其性能主要受到频谱重叠和频谱偏移估计误差的影响,本文着重研究这两种误差因素对由该算法处理得到的合成图像质量的影响.分别推导了存在频谱重叠和频谱偏移估计误差时合成图像的数学表达式,分析了它们对合成图像质量的影响,提出了:1.频谱重叠主要引起合成图像中点目标旁瓣抬高;2.频谱偏移估计误差主要引起合成图像中点目标主瓣衰减和旁瓣抬高.利用点目标仿真验证了理论分析的正确性.最后根据误差分析结果,对基于频谱偏移估计算法的实现提出了改进的建议.     

基于加速度斜距模型的大场景超高分辨率星载SAR成像方法

在大场景超高分辨率星载合成孔径雷达(SAR)中,等效速度在方位向上的空变性会导致方位散焦,此时传统的双曲线斜距模型已经不再适用,针对这个问题,该文提出一种新的加速度斜距模型,该模型可以把速度的方位空变特性考虑在内。在此模型的基础上,该文还给出了相应的信号处理和成像方法,首先通过方位时域重采样消除速度的方位空变性,然后在2维频域去除三次项和四次项误差,最后再采用距离徙动算法(RMA)进行成像。仿真实验的结果证明了新的加速度斜距模型和成像方法的有效性。     

基于多通道合成的优于0.1 m分辨率的机载SAR系统

针对合成孔径雷达(SAR)高分辨率成像的应用需求,该文给出一种基于单通道发射、多通道并行接收的新的高分辨率SAR系统实现方案。SAR系统共有8个接收通道,信号带宽达到3.2 GHz,具有高分辨率成像、InSAR干涉成像以及全极化成像功能。文中提出一种新的采用空间辐射测量和频偏误差修正测量的分段测量与综合补偿的通道传递误差测量补偿方法,有效解决了高分辨率SAR宽频带收发系统中关键的多通道接收幅度相位误差校正问题,并在国内首次获得了优于0.1 m分辨率的SAR图像。文中详细介绍了系统的组成方案以及主要技术性能指标,重点探讨和分析了多通道系统的频带合成、系统幅度相位误差测量补偿、运动误差补偿和成像处理等实现技术,给出了测量、补偿和成像的试验结果。通过实际飞行试验,验证了高分辨率SAR系统的技术及方案的有效性和可行性。     

高分辨率宽测绘带星载SAR距离向DBF处理

该文在研究星载SAR使用距离向数字波束形成(DBF)实现宽测绘带的基础上,通过理论推导和仿真分析了仅做时域加权DBF处理对成像结果幅度和分辨率的影响,并进一步针对DBF-SAR扫描接收方式研究了4种适用于不同发射信号脉宽的距离向DBF处理方法。仿真验证了4种处理方法在各自的前提下能有效实现距离向宽测绘带接收。     

基于距离走动校正的星载SAR成像算法

该文提出一种适合大距离徙动星载SAR的成像算法,该算法首先要对回波信号的距离走动进行校正,因而距离向和方位向的耦合度大大减小,成像质量得到提高。文中详细地推导出了该算法。然后对距离多普勒域的调频斜率的近似误差进行了分析,并与普通的斜视算法进行了比较。最后通过点目标成像仿真和实际数据成像仿真,验证了该算法的有效性。     

机载合成孔径雷达（SAR）距离高分辨的实现

本文应用一对共轭匹配的LiNbO_3基底SAW器件,在发射机中产生相干Chirp脉冲串信号,在接收机中频完成脉冲压缩,同时保存了Doppler相位信息。它较之光学、CCD及数字处理有一些不可替代的优点,并展现了机载SAR的某些特色。文中详细阐述了设计概念和LFM脉冲压缩系统,给出了实验结果和测绘飞行获得的一张雷达图像。它证明了方案和技术实施的有效性。     

四阶模型方位NCS高分辨SAR成像

针对长积累时间SAR回波耦合性强,聚焦困难的问题,从提高成像模型近似精度和距离徙动校正精度两方面开展了SAR成像研究,推导了一种考虑方位非线性调频变标(NCS)的四阶近似成像模型。首先,为了提高模型近似度,将斜距展开到四次项;然后,为了将距离向和方位向进行初步解耦,在时域进行走动补偿,但是带来了聚焦深度问题,高分辨成像时,这种现象更明显;为此,二维频域解耦后又在方位向采用二阶非线性变标方法解决这一问题。仿真结果表明,从主观分析和量化指标两方面来讲,该算法优于传统的高分辨斜视SAR成像算法。     

超高分辨率机载聚束SAR空变运动误差校正

该文分析了机载聚束式合成孔径雷达(SAR)运动误差的空变性,推导了空变的运动误差与聚束扫描角度、照射区域大小及天线下视角等参数之间的定量关系,针对超高分辨率机载聚束SAR成像运动误差空变效应明显的问题,提出一种基于chirp扰动的距离重采样新方法,并结合图像方位分块处理技术构建了比较完善的运动补偿方案,以弥补传统运动补偿方法在超高分辨率机载SAR成像中的不足。最后,用仿真实验验证了方案的有效性。     

基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法

为了解决CS算法在距离压缩时无法使用带有误差的原始信号的问题,作者提出一种等效斜视的波数域算法.本文基于星载SAR等效斜视距离模型,利用Bamler提出的波数域算法推导方法^[1],从原始回波信号模型入手,详细推导出基于等效斜视距离模型的高分辨率星载SAR波数域成像算法,并给出了该算法的实现步骤.该算法适用于大距离徙动高分辨率星载SAR的精确成像.文中利用点目标回波仿真数据验证了算法的有效性并给出了该算法成像的质量评估指标.