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双基前视sar成像算法研究

双基前视SAR成像算法研究

作者：黄欢电子科技大学

学位级别：硕士

双基前视sar作为一种特殊体制的双基sar，将发射机与接收机分别放置在两个不同的运动平台上并且使得接收机波束指向平台正前方，不仅具有灵活的空间配置，强的隐蔽性，丰富的目标散射信息和高的抗干扰能力等优势外，还能够对雷达正前方... 详细信息

双基前视sar作为一种特殊体制的双基sar，将发射机与接收机分别放置在两个不同的运动平台上并且使得接收机波束指向平台正前方，不仅具有灵活的空间配置，强的隐蔽性，丰富的目标散射信息和高的抗干扰能力等优势外，还能够对雷达正前方区域成像与目标检测，具有更加实用的前景，但这特殊的体制使得一些已有的双基成像算法失效，因此，本文将研究适用于双基前视sar成像算法，主要内容和创新如下： 1.研究双基前视sar成像理论。首先分析双基前视的回波模型，从时域特性出发，研究双基前视sar的斜距史表达式特性，然后，通过梯度法分析双基前视sar的斜距史分辨率和多普勒分辨率。最后，分析双基前视sar的系统参数和时域成像模型。 2.提出了一种基于2D-PSP频谱模型的双基前视成像算法。通过仿真验证了MSR频谱和2D-PSP频谱适用于双基前视sar，并验证了基于MSR频谱模型的ω-k算法对双基前视sar适用。根据2D-PSP频谱模型，提出一种基于2D-PSP模型的ω-k前视成像算法，并与基于MSR频谱模型的算法进行比较，发现在平台运动差异小的情况下，所提算法的成像性能要优于基于MSR频谱模型的算法。 3.改进了基于AP频谱模型的空域展开的星机前视成像算法。首先，通过仿真验证AP频谱模型适用于星机前视sar;其次，由于星机前视sar的情况下，已有的基于AP模型的成像算法不再适用，因此，提出了一种适用于星机前视sar的成像算法，该算法能够有效地补偿高次频率项，通过仿真验证，对星机前视回波数据能够得到很好的成像结果。 4.改进了类单基的二维频谱的等效方法并提出相应的成像算法。首先，提出一种类单基的二维频谱模型：通过对双基前视sar斜距史的时域特性的分析，建立一种简洁的二维频谱表达式，该频谱是将双基前视sar的斜距史表达式拟合为双曲线函数，并采用驻定相位定理求解得到;其次，基于该频谱，提出一种基于方位向频率展开的星机前视成像算法，该算法充分考虑了方位向频率高次项影响，能够对星机前视回波数据得到很好的成像效果;然后，基于该频谱，提出一种基于空域展开的双基前视成像算法，该算法能够更充分的考虑频率项的影响，能够对前视数据进行更好的成像。 5.提出一种高精度的二维频谱表达式及其成像算法。针对上述二维频谱，建立了一种更加精确的二维频谱表达式，并基于该频谱模型提出相应的双基前视成像算法，该算法能够对双基前视回波得到更好的成像效果。

关键词：双基前视sar 二维频谱表达式频域成像类单基

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双基前视sar成像及运动补偿方法研究

双基前视SAR成像及运动补偿方法研究

作者：平川西安电子科技大学

学位级别：硕士

在自主导航、战场侦察、协同探测与精确打击等应用领域,利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)对正前方区域进行成像具有重要的应用价值。传统单基sar在前视条件下由于距离向和方位向发生重合而无法实现成像。双基sar收发平... 详细信息

在自主导航、战场侦察、协同探测与精确打击等应用领域,利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)对正前方区域进行成像具有重要的应用价值。传统单基sar在前视条件下由于距离向和方位向发生重合而无法实现成像。双基sar收发平台分置,在适当的几何布局条件下可以实现单基sar系统不能完成的前视成像。双基前视sar系统由于运动误差的影响,导致收发平台的飞行轨迹会偏离理想航迹,所以精确的运动补偿是实现高分辨sar成像的关键技术。本文主要围绕双基前视sar成像算法与运动补偿方法展开研究,具体内容如下:1.针对单基sar无法实现前视成像的问题,研究了双基前视sar的成像原理。对成像几何构型、回波信号模型和二维分辨率进行具体分析,为后续算法的研究与实现奠定了理论基础。2.研究了基于椭圆极坐标系的后向投影(Back Projection,BP)算法,详细阐述了将回波数据通过计算投影到成像场景中的过程。针对BP算法运行效率较低的问题,研究了双基前视sar的快速分解后向投影(Fast Factorized Back Projection,FFBP)算法。此算法将合成孔径分解为初始子孔径分别进行BP成像,通过迭代的方式将子图像融合为全孔径下的高分辨sar图像。实验结果表明,相较于BP算法,双基前视sar的FFBP算法在几乎不损失成像质量的前提下,可以降低成像算法的运算量,显著提高成像效率。3.针对收发双站加速运动时FFBP算法孔径分割长度不相等的问题,提出了一种加速轨迹双基前视sar的快速时域成像算法。与现有FFBP算法的孔径分割方式不同,此算法进行非均匀子孔径分割并得到多个长度相等而包含方位采样点个数不相等的初始孔径,当双基前视sar系统中的收发平台进行加速运动时依旧可以实现精确成像。实验结果表明,此算法可以有效改善聚焦性能,并提高运行效率。4.针对收发双站的飞行轨迹存在运动误差的问题,研究了双基前视sar的运动补偿方法。利用惯导数据对运动误差进行粗补偿,并对惯导误差以及双基sar系统时频同步误差进行具体分析。针对基于惯导数据的运动补偿不能满足sar图像聚焦精度等问题,研究了双基前视sar的相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus,PGA)算法。此算法根据相位梯度的概念建立相位误差模型,对相位误差进行估计与校正后可以得到高分辨的双基前视sar图像。实验结果表明,双基前视sar的PGA算法可以有效补偿散焦现象,改善sar图像的成像质量。

关键词：双基前视sar FFBP算法加速轨迹运动补偿 PGA算法

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双基前视sar快速时域成像算法研究

双基前视SAR快速时域成像算法研究

作者：王悦电子科技大学

学位级别：硕士

雷达前视成像在自主着陆、物资空投及战场侦察等方面有着广阔的应用前景。双基合成孔径雷达Bistatic Synthetic Aperture Radar,B)(isar收发天线分置在两个平台,构型灵活,适当的几何布局条件下可以实现单基sar不能完成的前视成像。以后... 详细信息

雷达前视成像在自主着陆、物资空投及战场侦察等方面有着广阔的应用前景。双基合成孔径雷达Bistatic Synthetic Aperture Radar,B)(isar收发天线分置在两个平台,构型灵活,适当的几何布局条件下可以实现单基sar不能完成的前视成像。以后向反投影(Back Projection,BP)算法为代表的sar时域成像算法相对于频域算法具有适用于任何构型的优势,但BP算法运算量较大,所以研究双基前视sar快速时域成像算法具有重要意义。本论文围绕着双基前视sar快速时域成像算法的相关问题,主要开展了以下的研究工作:(1)研究了移不变双基前视聚束sar构型下的回波性质和成像二维分辨率特性,为后续算法的分析和设计奠定了基础。(2)研究了双基前视sar的BP成像算法和基于因式分解的快速后向反投影(Fast Factorized Back Projection,FFBP)算法,并实现了两种算法的精确成像。(3)提出了基于方位等间距坐标的FFBP算法。根据双基前视sar等距-等多普勒线的分布,每级子图像的方位向由在局部椭圆极坐标系采样变为在地面直角坐标系采样。从而实现了对FFBP算法运算效率上的优化。(4)研究了基于FFBP算法的运动补偿方法。对sar收发双站进行运动误差建模,通过对回波相位补偿,将弯曲的实际路径补偿到理想直线路径,使FFBP算法在航姿存在一定误差的情况下仍然可以成像。(5)提出了双基前视sar扩展场景回波时域快速模拟方法。通过对扩展场景中像素点的合并,对回波的插值、近似以及叠加操作,完成回波的模拟。本算法相对于传统回波时域模拟算法在运算效率上提升显著。以上算法均通过仿真实验进行了验证。结果表明,本论文提出的算法能够很好的完成双基前视sar成像和扩展场景的回波模拟。

关键词：双基前视sar BP算法 FFBP算法运动补偿回波时域快速模拟

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机载双基前视sar运动目标检测方法

机载双基前视SAR运动目标检测方法

作者：陆璐电子科技大学

学位级别：硕士

机载双基前视合成孔径雷达(sar)的发射站和接收站分置于不同的飞机平台上,能够实现对前视区的探测,克服了单基地sar前视成像盲区的缺点,具有抗干扰能力强、反侦察等特点,在军用和民用领域都具有十分重要的应用。机载双基前视sar动目标... 详细信息

机载双基前视合成孔径雷达(sar)的发射站和接收站分置于不同的飞机平台上,能够实现对前视区的探测,克服了单基地sar前视成像盲区的缺点,具有抗干扰能力强、反侦察等特点,在军用和民用领域都具有十分重要的应用。机载双基前视sar动目标检测技术,是指基于机载双基前视sar体制,利用信号处理方法,从观测区域的杂波和噪声背景中检测出地面的运动目标,是进行目标定位和识别的前提。现有的针对机载双基前视sar动目标检测的研究较少,本论文研究了两种不同的动目标检测方法,主要内容如下:1、研究了机载双基前视sar的回波特性,分别建立了静止杂波与运动目标的回波模型,重点分析和比较了静止杂波与运动目标的距离徙动特性以及多普勒特性,为杂波抑制、动目标检测奠定了基础。2、提出了机载双基前视sar回波域双通道动目标检测方法,解决了一发两收移不变模式中,时间偏移后双通道等效相位中心不重合的问题。该方法通过在时间偏移前补偿掉静止杂波距离历史中与方位时间有关的相位项,消除发射站运动对相位中心的影响,再通过在距离-多普勒域针对不同目标位置补偿固定相位,去除相位偏差;而运动目标由于存在速度,在相位补偿后仍保留与方位时间有关的项,进一步通过时间偏移构造出一个与目标速度有关的相位,从而区别于杂波,在双通道对消后就可以检测出运动目标。3、提出了机载双基前视sar图像域双通道动目标检测方法,解决了移变模式中,双通道静止杂波存在距离历史偏差,且偏差随方位时间和目标空间位置两维变化的问题。该方法利用了BP算法的思想,通过在整个合成孔径时间内针对成像区域中的每个目标位置进行时延相位补偿,解决双通道距离历史偏差随时间、空间两维变化而难以补偿的问题;而运动目标由于存在速度,在时延相位补偿后仍会保留与目标速度有关的相位项,从而在双通道对消后使杂波被抑制而运动目标得以保留。以上方法的有效性都通过理论分析和仿真实验进行了验证,结果表明,这两种方法都可以实现在不同条件下机载双基前视sar慢速运动目标的检测。

关键词：双基前视sar 动目标检测双通道杂波抑制相位补偿

基于高分三号卫星的星载无人机双基前视sar系统设计

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空间电子技术 2019年第2期16卷 26-32页

作者：左伟华李东涛李财品李锦伟张升中国空间技术研究院西安分院西安710000

高分三号卫星是我国首颗全极化C波段高分辨率sar成像卫星。文章提出一种以高分三号卫星为辐射源的无人机双基前视sar系统。对典型双基构型参数下的成像分辨率、分辨率夹角、图像信噪比等指标进行理论分析。所设计的星载-无人机载前视SA... 详细信息

高分三号卫星是我国首颗全极化C波段高分辨率sar成像卫星。文章提出一种以高分三号卫星为辐射源的无人机双基前视sar系统。对典型双基构型参数下的成像分辨率、分辨率夹角、图像信噪比等指标进行理论分析。所设计的星载-无人机载前视sar系统,成像场景中心地距分辨率为0.8m,多普勒分辨率为2m,分辨率夹角约为85°,SNR约为52dB,并通过计算机仿真实验,验证了理论分析的正确性和有效性。文章所提出的系统设计方法为星载-无人机载前视sar高分辨率目标侦察、飞机着陆指引等应用提供解决方案。

关键词：高分三号卫星双基前视sar 无人机载sar

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双基sar前视成像及信号处理机设计与实现

双基SAR前视成像及信号处理机设计与实现

作者：邹德锁电子科技大学

学位级别：硕士

双基合成孔径雷达,通过收发分置,能够实现正前方区域的高分辨率成像,且具有抗干扰性好、隐蔽性强和抗截获性好等特点,是雷达领域的研究热点,在精确制导、自主着陆等领域具有重要应用价值。本文围绕双基前视sar成像及其信号处理机设计等... 详细信息

双基合成孔径雷达,通过收发分置,能够实现正前方区域的高分辨率成像,且具有抗干扰性好、隐蔽性强和抗截获性好等特点,是雷达领域的研究热点,在精确制导、自主着陆等领域具有重要应用价值。本文围绕双基前视sar成像及其信号处理机设计等问题,开展了极坐标格式成像算法、信号处理机硬件设计和成像算法FPGA实现等方面的研究,主要内容如下:(1)针对双基前视sar特定空间几何构型,建立了回波模型,从距离历程、多普勒特性等方面剖析了回波规律,分析了分辨率影响因素,为后续成像算法研究提供了理论指导。(2)针对经典极坐标格式算法应用于双基前视sar会引起方位聚焦效果差的问题,设计了一种基于函数映射的极坐标格式算法,并仿真验证该方法在双基前视sar平台可以获得良好的聚焦效果。(3)针对双基前视sar成像算法流程以及信号处理机的功能需求,设计了基于VPX架构的高速信号处理机方案,完成了数据采集板卡和信号处理板卡的器件选型和硬件电路设计。(4)根据信号处理机硬件资源和成像算法特点,充分利用FPGA高度并行性,采用流水线结合乒乓操作设计思想,完成了成像算法的FPGA程序设计,以及信号处理机系统调试与成像验证试验。以上研究工作,已通过功能仿真和测试实验验证。

关键词：双基前视sar 极坐标格式算法信号处理机 FPGA

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双基前视合成孔径雷达自聚焦算法研究

双基前视合成孔径雷达自聚焦算法研究

作者：郑茂鸿电子科技大学

学位级别：硕士

在全天候全天时自主着陆、自主导航等应用领域,对雷达前视成像能力的需求强烈。双基sar收发分置,能够在接收站前方形成等距离线和等多普勒线的准正交分割,具备前视成像潜力,因而成为目前的研究热点。然而相比于单基sar,双基sar运动自由... 详细信息

在全天候全天时自主着陆、自主导航等应用领域,对雷达前视成像能力的需求强烈。双基sar收发分置,能够在接收站前方形成等距离线和等多普勒线的准正交分割,具备前视成像潜力,因而成为目前的研究热点。然而相比于单基sar,双基sar运动自由度更大,误差来源更多,运动误差的补偿更加重要。自聚焦,指从回波数据中提取运动误差并补偿的方法,是双基前视sar获得高分辨图像的关键环节。本文围绕双基前视sar自聚焦涉及到的回波建模、误差影响、参数均衡、误差提取等内容,主要进行了以下工作:1、建立了双基前视sar几何模型和回波信号模型,推导了点目标的斜距历史表达式,在理想条件下分析了前视模式下双基sar斜距规律,以及多普勒信号特性,仿真分析了双基前视sar运动误差影响,为后续自聚焦算法研究奠定了理论基础。2、针对双基前视sar时域线性走动校正引入的多普勒参数方位空变问题,分析了空变规律,将方位信号建模为多分量多项式信号,研究了基于修正WVD的多分量多项式信号参数估计方法,为之后的自聚焦方案提供了前提条件。3、研究了非理想条件下非线性调频变标方位空变参数均衡方法。该方法在估计方位多分量多项式信号参数的基础上,利用估计得到的参数首先进行最小二乘拟合,得到空变多普勒参数关于方位坐标的解析关系,然后构建扰动函数,通过非线性调频变标理论,实现了非理想条件下方位空变多普勒参数的均衡。4、在均衡方位空变多普勒参数的基础上,研究了一种基于图像对比度最优的相位误差提取方法。该方法将首先采用坐标下降法将高维空间相位误差的搜索过程转换为对各方位单元相位误差分别进行一维搜索的过程,然后采用多维投影方法将相位误差一维搜索问题转化为四次多项式求根问题。相比于已有方法,本方法相位误差估计无阶数限制,同时极大的提高了运算效率。上述所涉及的方法都通过了仿真测试。

关键词：双基前视sar 运动误差方位空变参数估计参数均衡自聚焦

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双基前视合成孔径雷达成像算法研究

双基前视合成孔径雷达成像算法研究

作者：王浩丞电子科技大学

学位级别：硕士

双基地合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)由于收发分置、配置灵活,在适当的几何布局条件下,可以在飞行器前视区域形成等距离线和等多普勒线较均匀的近矩形分割,从而实现前视高分辨成像,有效解决传统sar前视成像盲区问题,在飞... 详细信息

双基地合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)由于收发分置、配置灵活,在适当的几何布局条件下,可以在飞行器前视区域形成等距离线和等多普勒线较均匀的近矩形分割,从而实现前视高分辨成像,有效解决传统sar前视成像盲区问题,在飞行器自主着陆,景象匹配制导中具备重要应用价值。本论文针对单飞和双飞前视sar两种成像模式开展了回波模型、点目标响应函数及成像方法等方面的研究,主要工作包括:1.建立了双基前视sar空间几何模型与回波模型,导出了其点响应函数与二维频谱,揭示了双基前视sar的大距离徙动和强耦合特性,为算法设计奠定了理论基础。2.研究了双基前视sar的反投影(Back Projection, BP)算法,实现了双基前视sar较精确成像,同时分析了BP算法的优缺点与适用范围。3.提出了适合单飞前视sar变尺度逆傅立叶变换(Scaled Inverse Fast Fourier Transform, SIFFT)成像算法,解决了该模式下系统大距离徙动和强耦合问题,实现快速成像。4.提出了双飞前视sar SIFFT成像算法,该算法有效地解决了双飞前视sar频谱模型复杂的问题,实现快速成像。以上各种算法均通过点目标仿真实验进行验证。

关键词：双基前视sar 反投影算法时域等效变尺度逆傅立叶变换算法