电磁散射特征提取与成像识别算法综述

合成孔径雷达(SAR)图像的自动化解译是合成孔径雷达技术应用的重要发展方向之一。电磁散射特征与目标结构具有稳健的关联性,是SAR图像解译的关键支撑。近年来,如何准确地实现电磁特征提取以及利用电磁特征反演目标特性受到了广泛的重视。该文讨论了电磁特征提取和基于电磁散射特征识别方法的研究成果,总结归纳了其中的关键要素和主要思路,详述了电磁散射机理在成像和识别领域的扩展应用,展望了未来电磁散射特征提取与应用的研究发展趋势。      

跨谱段SAR散射中心多维参数解耦和估计方法

微波光子雷达发射大带宽跨谱段的信号,为目标的精细电磁特性描述和准确识别提供基础的同时,也亟需与之相应的大带宽大转角情况下的电磁模型参数提取方法.相比窄带条件,跨谱段信号数据量大,所含物理量信息维度高且复杂,大转角情况下距离和方位向耦合.该文提出跨谱段SAR散射中心多维参数解耦和估计方法,首先结合极坐标格式算法(PFA)和属性散射中心模型构造2维解耦波数域散射中心模型,再结合坐标下降法(CDA)将复杂的高维耦合参数估计方法简化为循环迭代的1维参数估计方法,有效降低字典维度和估计复杂度,并引入Hooke-Jeeves算法提高估计精度.最后根据各个散射中心的参数估计结果对它们的结构和位置进行识别,对仿真数据的处理实验验证了该文方法的有效性.     

高轨星机BiSAR分辨率分析及成像参数优化设计

高轨SAR具有覆盖范围广,重访时间短的优势。但是如果采用高轨SAR卫星同时作为发射机和接收机,不能充分发挥高轨SAR的这些优点。采用飞机或低轨卫星作为接收机平台不但能够更灵活地针对目标区域成像,而且分辨率也将大大提高。但是星机双基SAR(BiSAR)的几何构型复杂,难以直观地获知任意几何构型BiSAR的分辨率特性。该文从BiSAR基平面分辨率出发,根据几何构型得到基平面分辨率与地平面分辨率之间的几何关系,解析地表示出了BiSAR在地平面上的分辨率形状。据此可以评估BiSAR系统的分辨力,并且能够通过优化设计系统带宽和合成孔径时间两个参数使得BiSAR系统能够实现更好的分辨率特性。最后,仿真结果验证了方法的有效性。     

基于距离Keystone变换的改进的多普勒调频率估计方法

多普勒调频率估计是SAR成像处理中的一个重要步骤。针对聚束、滑动聚束SAR采用全孔径算法进行成像时的调频率估计问题,该文提出一种改进的平移相关(SAC)算法。将距离Keystone变换引入到SAC算法中,去除了互相关峰值位置与目标距离间的耦合关系,从而消除了聚焦深度的限制。由于没有时域补零操作,调频率估计过程中将会出现模糊,针对此,给出了一种基于最小熵准则的模糊数估计方法。仿真及实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。     

短孔径ISAR方位定标

短时间观测下的逆合成孔径雷达成像在应用中具有较多的优势。该文针对短孔径观测提出一种利用有限次脉冲实现ISAR方位定标的方法。基于ISAR图像的稀疏特征,利用压缩感知理论提高ISAR成像的分辨率,有效提高了散射中心定位精度。此外,基于2维快速傅里叶变换和极坐标映射的方法利用相关法进行转动角速度估计,同时利用压缩感知精确估计相关函数的峰值位置,提高转动角速度的估计效率和精度,最终实现目标的方位定标。仿真和实测数据实验结果验证了该方法的有效性。     

多频调频稀疏分解的微动目标参数估计方法

精细化的回波微动调制分析是提取弹道目标运动几何特性的重要技术手段。该文提出一种多频点-调频傅里叶稀疏分解的微动估计方法来分析目标的时频特性。首先,该文介绍弹道目标进动回波微多普勒的一般表达;平动补偿后对回波局部分段并采用调频率傅里叶稀疏分解来估计局部微多普勒调频参数,有效利用了多频点回波的结构稀疏性,联合多频点稀疏分解提高算法稳健性;最后,拼接主频段信号各分段估计结果得到目标的微动曲线。电磁仿真数据验证了算法的有效性和稳健性,可用于弹道目标的微动分析、多目标识别等任务。     

基于加权最大范数的SAR自聚焦方法

基于最大似然估计的特征向量分解自聚焦算法利用最大特征值对应的特征向量实现对相位误差的估计。该方法虽然具备精确和稳健的性能,但需要对协方差矩阵进行特征分解,导致实际数据在处理中运算量巨大,对内存要求也很高,难以在实时合成孔径雷达(SAR)成像处理中应用。该文提出一种基于加权最大范数的自聚焦方法,通过求解二范数最大化的优化函数对目标特征向量进行估计,避免了特征值的分解过程,有效提升了运算效率;利用信噪比加权的思想,对不同距离单元赋予不同的权值,增强了优质特显点样本对相位误差的估计贡献,有效改善了自聚焦精度。通过实测SAR和ISAR数据处理验证了算法的有效性。     

基于压缩感知的二维联合超分辨ISAR成像算法

在ISAR成像中,距离和方位分辨率分别受发射信号带宽和成像积累角的限制。基于压缩感知(CS)理论,该文提出了一种2维联合超分辨ISAR成像算法。首先建立ISAR观测信号模型并构造2维超分辨字典,然后利用ISAR图像的稀疏先验信息将2维联合超分辨成像建模为最小l1范数的优化问题,最后提出一种快速算法求解该优化问题。该方法进行距离维和方位维的联合处理,有效利用了回波数据的2维耦合信息;通过共轭梯度(CG)运算,快速傅里叶变换(FFT),Hadamard乘积等操作,有效提高了算法的实现效率。仿真和实测实验验证了该算法的有效性。     

一种俯冲段子孔径SAR大斜视成像及几何校正方法

俯冲合成孔径雷达(SAR)成像由于垂直向下速度的存在,使得沿水平飞行方向不再满足平移不变性,导致常规全孔径成像算法无法直接运用于俯冲段的大斜视子孔径成像。针对这些问题,该文基于俯冲等效平飞模型以及子孔径成像特性提出一种俯冲段子孔径SAR大斜视成像算法 频域相位滤波算法(FPFA)。其创新思想是通过方位频域引入滤波因子校正方位空变。由于俯冲等效平飞模型会造成成像平面的旋转,引起较大的图像畸变,为了解决该问题,该文进一步提出一种基于反向投影的快速几何校正方法,得到近似无畸变或畸变较小的地距图像。仿真和实测数据处理验证该文成像方法和几何校正方法的有效性。     

基于几何校正的聚束SAR快速分级后投影算法

快速分级后投影(Fast Factorized Back Projection, FFBP)算法大幅减少了原始后投影算法的插值次数,提升运算效率。然而图像合成过程中仍然需要大量的图像域2维插值操作,庞大的计算量限制了其在实际中的应用。该文提出一种基于几何校正的聚束SAR快速分级后投影算法。该算法利用几何校正的方法实现子图像配准,即在满足聚焦性能的前提下,通过距离维平移和角度维旋转完成子图像在不同坐标系下的投影和子图像合成。该算法避免了逐点插值运算,进一步降低了FFBP算法的计算量。仿真结果表明,该算法能高精度聚焦成像,并且其运算效率相对于基于图像域2维插值的FFBP算法显著提高。