高效机载SAR实时成像处理系统设计

针对实际中机载SAR成像的运动误差问题,提出基于子孔径分割的高效机载SAR运动补偿算法,其中成像采用线频调变标(Chirp Scaling,CS)算法。同时设计基于FPGA+DSP的实时信号处理系统,并通过合理的数据流控制,运算资源分配和任务分配,将实时成像算法高效可靠地映射到实时信号处理器内。仿真和外场成像实验都验证了该SAR实时成像处理算法和系统的有效性及可靠性。     

一种基于机载广域监视系统的目标跟踪方法

广域动目标监视模式是借助天线在方位向上快速扫描来实现大范围动目标监视的一种雷达工作模式,这使得雷达系统可以对同一个动目标在不同时刻进行多次观测并跟踪其轨迹。该文提出了一种基于机载广域监视雷达系统的地面目标动目标跟踪方法。首先,根据动目标检测得到的信息估计运动目标的位置;然后对每个目标设置关联门限,并对进入门限的目标计算加权的关联度;最后通过全局最优得到关联的结果。该文还比较分析并确定了算法对误差大小的适用范围。通过仿真并与另外两种算法进行比较,验证了该算法的有效性,实际数据的处理结果也说明了算法的可行性。     

基于压缩感知的SAR对多舰船目标成像

提出了一种基于压缩感知(CS,compressive sensing)的SAR对多舰船目标的成像算法.通过将多舰船目标成像转换为在某种基下具有稀疏表示的信号重建问题,从而满足CS理论对信号恢复重构的要求,获得比传统成像方法更高的方位分辨率.实测数据的处理验证了该算法的有效性.     

广域监视动目标检测模式下动目标点迹仿真及轨迹关联方法研究

由于可以在较短时间内对大范围区域进行动目标监视,广域监视动目标检测(Wide Area Surveillance,WAS-GMTI)模式已经成为机载监视雷达的一种重要工作模式。目前具备WAS-GMTI工作模式的系统较少,实际数据较难获得,严重影响了对WAS-GMTI中相关处理算法的验证。该文提出一种基于电子地图路网信息的WAS-GMTI动目标点迹仿真方法。该方法根据载机和电子地图路网信息直接产生动目标信息,避免了仿真场景回波所需的大量运算,而且产生的动目标信息可以合理地融合到真实地理环境中。此外,联合对同一动目标的多次观测信息,该文还给出了一种动目标的轨迹关联方法。仿真结果验证了该文所提方法的有效性。     

基于窄带步进频率的旋转目标三维ISAR成像

针对窄带发射信号,该文提出了基于步进频率的高速旋转目标三维成像方法。在运动补偿的前提下,首先利用单距离匹配滤波在子脉冲内进行二维逆合成孔径雷达像,然后结合CLEAN技术估计散射点参数,利用此参数在多个步进信号之间及多个距离单元内分别进行ISAR成像,最后利用频域距离合成技术在距离向实现高分辨,从而实现三维成像。该方法避免了旋转目标所引起的多普勒变化对距离合成的影响,能有效提高距离分辨率。多个散射点目标的仿真验证了该方法的有效性和可行性。     

非平稳机载全极化SAR定量化测量误差分析及处理方法

即使SAR系统内外定标非常准确,在不同飞行条件下,机载全极化SAR测量精度仍然存在一定的变化,特别在非平稳及高波段时,精度恶化较为严重。针对该问题,该文首先建立了非平稳环境下全极化SAR误差模型,然后分析了分时收发体制下通道间轨迹的微弱变化对极化相位不平衡度的影响,指出随着波段的提升,相同运动误差导致的相位不平衡度相应加重,据此给出了相应的处理方法。最后通过仿真及高分航空专项S波段SAR获取的数据对该方法进行了检验,开展的多次应用示范,也验证了方法的有效性和稳定性。     

基于锥形尺度变换的弱小舰船目标检测

该文提出一种低信杂噪比下弱小舰船目标的检测方法。该方法对回波的慢时间瞬时自相关函数进行锥形尺度变换(Taper Scale Transform, TST),解除时延和慢时间的耦合。然后将TST后的信号相干积累,达到很好的检测效果。另外,该文分析了交叉项对检测的影响以及尺度因子的选择标准。实测数据的处理结果验证了该方法的有效性。     

W波段机载视频合成孔径雷达系统

合成孔径雷达(SAR)能够全天时全天候工作,在对地遥感领域具有广泛和深入的应用。视频SAR将SAR成像获得的空间维度信息拓展到时-空维度,可以获取更加丰富的遥感信息。传统SAR频段较低,导致合成孔径时间长,数据计算量大,高帧频输出难度很大;而低频段太赫兹波对目标细节感知能力强,合成孔径短,特别适合于微弱目标的视频感知。本文设计了一种工作在W波段的视频SAR系统,采用收发分置连续波固态前端体制,输出峰值功率1 W,最大发射带宽可达1 GHz;采用极坐标格式算法(PFA)结合GPU架构实现高帧率低延时成像。仿真试验表明,系统成像分辨力可达0.15 m,成像帧率约5 Hz。     

广域监视动目标检测模式下动目标快速定位误差分析

广域监视动目标检测(WAS-GMTI)模式作为机载监视雷达的一种重要工作模式,可以在较短时间内对大范围区域进行动目标监视,并进而对检测到的动目标进行快速定位,但在实际工程实现中,动目标的定位受到诸多因素的影响,直接使用理想公式对动目标进行定位存在较大误差。从战场或者交通监测的需求出发,广域监视动目标检测模式下需要对检测到的动目标进行快速定位。该文根据机载广域监视动目标检测模式下可以获得的动目标信息的特点,采用一种快速定位方法实现动目标的定位。同时对实际存在的导致动目标定位误差的这些因素进行了分析,并在考虑这些因素之后对动目标进行了重新定位。仿真和实测数据验证了该文对动目标定位误差的分析的合理性。      

基于数据分块并行的FFBP成像算法的FPGA实现

针对快速分解后向投影算法（Fast Factorized Back Projection,FFBP）运算量大,实时处理较难的问题,提出了一种基于FPGA的数据分块并行处理的多阶段流水与同阶段并行的硬件架构设计。该设计将数据分块储存到ULTRARAM(URAM)组,使得在一个时钟周期完成数据地址索引,并对数据进行加权求和,得到插值结果;该设计采用多阶段流水与同阶段并行的硬件架构,充分利用算法并行特性,极大地减少了处理时间;在FPGA处理平台架构下,实现了基于单块板卡的数据分块并行的FFBP算法。经实验验证,当系统处理时钟频率为125 MHz,在147.05 ms时间内实现了1 024×512个采样点的32位单精度浮点复数据成像处理,验证了系统的有效性。