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频率扫描sar视频成像方法

频率扫描SAR视频成像方法

作者：吴旭阳西安电子科技大学

学位级别：硕士

视频合成孔径雷达(Vi sar)保留了合成孔径雷达(sar)电磁成像的优点,并且通过视频的方式动态显示对监测区域的成像结果,在持续监视、动目标检测与追踪等应用上性能较好。目前视频sar可以采用条带和聚束(包括圆周聚束)模式,条带模式测绘... 详细信息

视频合成孔径雷达(Vi sar)保留了合成孔径雷达(sar)电磁成像的优点,并且通过视频的方式动态显示对监测区域的成像结果,在持续监视、动目标检测与追踪等应用上性能较好。目前视频sar可以采用条带和聚束(包括圆周聚束)模式,条带模式测绘范围大但视频持续时间短,聚束模式视频持续时间长但测绘范围小。因此,有必要研究测绘范围大、视频持续时间长的视频sar成像模式。脉内频率扫描技术可以在单通道的条件下扩大方位维上的波束覆盖范围,并通过频率扫描来抑制多普勒模糊,从而扩大监测范围并提高视频持续时间。此外,传统sar主要采用多通道技术来扩大波束照射范围,且多通道技术与频率扫描技术互不冲突。因此,在多通道技术和数字波束形成(DBF)技术的基础上,再引入频率扫描技术,可以进一步提高视频sar成像的视频持续时间。本文完成的主要研究工作如下:(一)研究了频率扫描阵列的瞬时方向图特性,分析了在频率扫描模式下的脉内瞬时波束指向,分析了方位维频率扫描阵列扩大在方位维上的波束覆盖范围的实现原理。建立了方位维频率扫描sar回波信号模型。通过数字仿真验证了脉内方位维频率扫描的可行性。(二)分析了脉内方位维频率扫描sar回波的频谱特性以及方位维频率扫描sar的视频成像的可行性,研究了视频sar中成像帧率等参数的约束条件,提出了适用于该模式的视频sar成像方法。通过数字仿真点阵目标和场景面目标的视频sar成像验证了该模型和成像算法的有效性。(三)研究了将多通道技术与频率扫描技术结合的视频sar模式,进一步提高了视频sar的视频持续时间。建立了多通道方位维频率扫描sar回波信号模型并分析了回波频谱特性,在此基础上提出了多波束波形设计方案。提出了适用于多通道方位维频率扫描模式的视频sar成像算法。通过数字仿真验证了多波束波形设计的正确性,验证了多通道频率扫描sar模式和视频成像算法的有效性。

关键词：视频sar成像脉内频率扫描视频持续时间多通道DBF

基于阴影检测的视频sar运动目标速度估计方法

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现代雷达 2022年第1期44卷 27-32页

作者：尚士泽吴福伟周洋南京电子技术研究所南京210039 中国电子科技集团公司智能感知技术重点实验室南京210039

针对视频合成孔径雷达(sar)成像中运动目标速度估计,提出一种基于阴影检测的运动目标速度估计方法。首先,将相邻帧sar图像进行对消获得对消图像,通过图像处理方法对阴影进行检测;然后,利用区域分块方法对阴影进行定位;最后,利用阴影区... 详细信息

针对视频合成孔径雷达(sar)成像中运动目标速度估计,提出一种基于阴影检测的运动目标速度估计方法。首先,将相邻帧sar图像进行对消获得对消图像,通过图像处理方法对阴影进行检测;然后,利用区域分块方法对阴影进行定位;最后,利用阴影区域像素累积方法估计运动目标的距离向速度和方位向速度。该方法避免了直接对运动目标的检测和参数估计,降低了检测复杂度,仿真实验结果验证了本算法的有效性。

关键词：视频sar成像阴影检测目标速度估计图像对消

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频率扫描sar海面成像建模与仿真

频率扫描SAR海面成像建模与仿真

作者：董如月西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来海洋的战略地位日益显著,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)海洋遥感成为当今各国争相研究的热门领域。但一方面,传统sar系统是通过多幅sar图像的特征对比来获得运动目标的变化信息,受制于较低的工作频段,其成像帧率较... 详细信息

近年来海洋的战略地位日益显著,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)海洋遥感成为当今各国争相研究的热门领域。但一方面,传统sar系统是通过多幅sar图像的特征对比来获得运动目标的变化信息,受制于较低的工作频段,其成像帧率较低,不能敏锐地捕捉海面时刻在发生的复杂运动,无法实现实时海洋监测;另一方面,为实现大范围的海洋资源普查、海洋制图以及海洋污染监测等任务,雷达的宽测绘带性能尤为重要,而传统sar系统由于重频选择的矛盾不能同时实现高分辨率和宽测绘带的视频成像。因此,针对海面监测,研究分辨率高、成像帧率高、测绘范围大的视频sar成像模式具有重要意义。脉内频率扫描技术可以扩大方位维上的波束覆盖范围,在单通道的条件下实现高分宽幅成像。在视频sar系统中引入方位维脉内频率扫描技术,可以在保证一定分辨率的同时,扩大视频的监测范围并提高视频成像时长,适合于大范围动态海面的实时监测。本文完成的主要研究内容包括:(一)实现了海面的几何建模和电磁散射建模。以风驱线性海面为研究对象,基于二维ELH谱实现了海面的高度起伏建模,进一步实现了考虑时间相关性的时变海面建模。根据sar海洋遥感应用中Bragg散射占优的机制,采用微小面元电磁散射模型实现了海面的电磁散射建模。(二)提出了适合海面视频成像的方位频扫sar模式。分析了频率扫描技术能够在方位维上扩大波束覆盖范围的原理。根据动态海面上各点均为运动水质点的特性,建立了基于方位维脉内频率扫描sar的海面回波信号模型。通过数字仿真验证了方位维脉内频率扫描的原理和波形约束条件的正确性。(三)实现了方位频扫sar海面成像的仿真模拟。分析了目标的运动对于sar图像质量的影响,研究了方位频扫sar海面回波仿真流程和适用的视频成像算法。实现了方位频扫sar模式下动态海面的回波模拟和成像处理仿真,验证了该模式对时变海面实时监测的有效性。

关键词：海面模拟电磁散射海面成像脉内频率扫描视频sar成像

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微型毫米波sar成像算法设计与实现

微型毫米波SAR成像算法设计与实现

作者：刘韬东南大学

学位级别：硕士

合成孔径雷达(sar)成像是一种主动式微波遥感测量技术。sar不仅具备广域探测、高成像分辨等特点,而且相比其他成像技术,sar不受工作时间和环境限制,能在夜间、烟尘、雨雪雾等恶劣条件下稳定工作,因而sar已经成为现代遥感测绘不可取代的... 详细信息

合成孔径雷达(sar)成像是一种主动式微波遥感测量技术。sar不仅具备广域探测、高成像分辨等特点,而且相比其他成像技术,sar不受工作时间和环境限制,能在夜间、烟尘、雨雪雾等恶劣条件下稳定工作,因而sar已经成为现代遥感测绘不可取代的重要技术。由于sar高效的数据获取和信息感知能力,sar被广泛应用于战场态势监测、侦察打击、高机动目标成像等军事领域,以及资源勘测、地形变化监测、高精度测绘等民用领域。传统sar成像主要应用于卫星和飞机等平台。由于雷达波束指向、极化方式、天线阵型的不同,sar成像技术发展出了多种多样的功能与工作模式。近年来,随着半导体工艺和集成电路技术的发展,体积小、重量轻、成像分辨率高的毫米波雷达的应用受到广泛关注。sar与微小型毫米波雷达的有效结合,大大扩展了sar的应用范围,衍生出了无人机测绘、汽车辅助驾驶、安检成像等新的应用。在新的应用背景下,sar的成像几何、信号模型变得更为复杂,sar数据的处理更加困难。首先,毫米波sar一般在近距离、宽视角的条件下工作,sar图像的聚焦质量下降。其次,由于毫米波雷达观测效率高,因此具备视频sar成像能力,需要开发相应功能。最后,二维sar成像结果存在几何失真问题,需要研究sar三维成像算法以重构真实三维场景。本文主要研究微型毫米波sar成像算法,包括毫米波sar高分辨二维成像、视频sar成像和三维sar成像。同时,本文在研究成像算法的基础上,对毫米波sar成像处理程序进行软件封装,在工程上基本实现微型sar成像功能。论文的研究内容概括如下:(1)首先简要介绍了sar的应用背景和发展历史,指出传统sar成像中存在的问题,进而引出研究微型毫米波sar成像的重大意义。随后,对国内外微型sar系统性能、成像算法等发展现状进行了必要的梳理,分析了微型sar成像需要解决的几个问题。(2)基于调频连续波(FMCW)sar成像原理,建立了微型sar二维成像几何和线性调频连续波信号模型,推导了适用于解线性调频(dechirp)的两种频域成像算法。点目标的仿真实验结果说明了成像算法的有效性。之后,本章通过估计回波数据的多普勒参数,并利用多普勒参数与运动参数之间的关系来获取成像模型的运动参数,进而精确补偿回波中的运动误差。(3)为解决毫米波雷达视频sar成像中存在的视频帧率低和视频帧图像不连续问题,提出了基于时域后向投影(BP)算法的视频sar成像算法。首先重点介绍了BP成像的基本原理和关键步骤,随后结合重叠子孔径方法有效提升了视频sar的帧刷新速率。仿真数据和实测数据的实验结果验证了算法的可行性。最后,将提出的后向投影算法成功移植到圆迹sar成像中,并结合公开数据实验验证了不同观测角度下目标散射特性不同的结论。(4)对于二维sar成像几何失真问题,本章研究了三维sar成像技术。由于微型sar系统中高度向阵列长度远远小于方位向合成孔径长度和场景中心距离,高程维成像能够单独分离出来,使三维成像问题转变为一维成像问题。基于这种特点,提出了适用于均匀采样的数字波束形成三维成像算法和解决非均匀采样的稀疏信号处理算法,并使用仿真数据和公开数据对成像算法进行了必要的验证工作。(5)毫米波sar成像处理流程繁琐,限制了毫米波sar成像程序的多平台广泛移植。为此,本章通过Python和Qt混合编程技术设计了一款适用于车载平台的毫米波sar成像软件。通过逻辑控制、数据自动传输实现了实时高效sar数据处理。

关键词：合成孔径雷达微型毫米波sar 视频sar成像三维成像 sar成像软件