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基于Keystone变换和扰动重采样的机动平台大斜视SAR成像方法

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电子与信息学报 2020年第10期42卷 2485-2492页

作者：李根马彦恒侯建强徐公国陆军工程大学石家庄校区无人机工程系石家庄050003 陆军工程大学石家庄校区电子与光学工程系石家庄050003

加速度和下降速度的存在使机动平台大斜视sar的成像参数存在明显的2维空变性,严重影响场景的聚焦深度。针对这个问题,该文提出了一种基于Keystone变换和扰动重采样的机动SAR成像方法。首先,通过距离走动校正和去加速处理实现距离方位解... 详细信息

加速度和下降速度的存在使机动平台大斜视sar的成像参数存在明显的2维空变性,严重影响场景的聚焦深度。针对这个问题,该文提出了一种基于Keystone变换和扰动重采样的机动SAR成像方法。首先,通过距离走动校正和去加速处理实现距离方位解耦以及方位频谱去混叠,然后采用方位时域的Keystone变换校正空变的距离徙动;在方位压缩过程中,通过引入时域的高阶扰动因子去除多普勒参数的2阶及3阶方位空变性,然后通过方位频域的重采样处理去除多普勒参数的方位1阶空变性。所提方法能够有效校正距离徙动轨迹和方位聚焦参数的2维空变性,实现机动平台大斜sar的大场景成像,仿真分析验证了所提方法的有效性。

关键词： SAR成像大斜视机动平台 Keystone变换扰动重采样

星载sar实时成像处理器的片上数据组织及访问策略

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西北工业大学学报 2021年第1期39卷 126-134页

作者：王时雨张盛兵黄小平吕浩西北工业大学计算机学院陕西西安710072 嵌入式系统集成教育部工程研究中心陕西西安710072 空天地海一体化大数据应用技术国家工程实验室陕西西安710072

星载SAR成像需对大量输入数据进行实时成像处理,且功耗受限,设计高效率异构阵列处理器是满足功耗约束和实时性要求的有效方法,而片上数据组织结构和访问策略是设计的关键。在分析典型的CSA(chirp scaling algorithm)SAR成像算法的基础上... 详细信息

星载SAR成像需对大量输入数据进行实时成像处理,且功耗受限,设计高效率异构阵列处理器是满足功耗约束和实时性要求的有效方法,而片上数据组织结构和访问策略是设计的关键。在分析典型的CSA(chirp scaling algorithm)SAR成像算法的基础上,提取了SAR成像的数据流模型。提出了一种跨区域交叉放置和数据排序同步访问的存储策略,通过片上多级数据缓存结构,有效缓解存储带宽问题,支持FFT/IFFT和相位补偿操作的流水处理,确保成像计算高效执行。基于该存储策略的处理器可实现高达115.2 GOPS的吞吐量,采用65 nm技术可实现高达254 GOPS/W的能效。与CPU+GPU加速方案相比,性能/功耗比提高了63.4倍。该结构提高了实时性能,降低系统设计的复杂度,具有良好的可扩展性,可满足不同SAR成像平台的需求。

关键词：异构阵列 SAR成像数据排序交叉放置高吞吐量可扩展

基于多普勒重采样的恒加速度大斜视SAR成像算法

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电子与信息学报 2019年第12期41卷 2873-2880页

作者：李宁别博文邢孟道孙光才西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071 西安电子科技大学信息感知技术协同创新中心西安710071

针对机动平台大斜视(HS)sar存在的方位相位系数空变特性,该文提出一种基于多普勒重采样的改进谱分析(SPECAN)成像方法。首先,对于恒加速度HS sar,给出了一种正交坐标斜距模型,可以处理传统方法中距离走动校正(RWC)引起的坐标旋转,解决... 详细信息

针对机动平台大斜视(HS)sar存在的方位相位系数空变特性,该文提出一种基于多普勒重采样的改进谱分析(SPECAN)成像方法。首先,对于恒加速度HS sar,给出了一种正交坐标斜距模型,可以处理传统方法中距离走动校正(RWC)引起的坐标旋转,解决了斜距模型与信号之间的失配问题。在此基础上通过方位多普勒重采样校正相位系数的空变性,并且结合SPECAN技术实现方位向聚焦。最后,通过仿真数据验证了该文算法的有效性,与参考算法相比该文方法聚焦质量有明显提升。

关键词： SAR成像恒加速正交坐标斜距模型相位空变多普勒重采样谱分析

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基于高炉料线的RCS测量及SAR成像验证

工程科学学报 2018年第8期40卷 979-988页

作者：王晨露陈先中侯庆文王正鹏北京科技大学自动化学院北京100083 北京科技大学工业过程知识自动化教育部重点实验室北京100083 北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191

围绕高炉雷达料面监测系统成像需求,针对高炉雷达测量目标的雷达横截面积（radar cross section,RCS）展开应用研究,首次实现了微波暗室中高炉料线RCS的高精度自动化测量,为高炉雷达目标特性的深入研究奠定了硬件基础.基于比较法测得10 ... 详细信息

围绕高炉雷达料面监测系统成像需求,针对高炉雷达测量目标的雷达横截面积（radar cross section,RCS）展开应用研究,首次实现了微波暗室中高炉料线RCS的高精度自动化测量,为高炉雷达目标特性的深入研究奠定了硬件基础.基于比较法测得10 GHz处的焦炭、烧结矿颗粒的RCS典型值分布以及高炉料线散射方向性图,测量动态范围为-10~15 dB.通过RCS测量和成像诊断等方法对工业现场布焦、布矿的雷达回波信号强度差别大等问题进行了探索和分析.模拟工业现场的焦炭、烧结矿等平台加漏斗的料线形状,对散装物料进行了等比例缩小的实际摆放,对典型料线缩比模型进行了合成孔径雷达（synthetic aperture radar,sar）成像验证,并深入分析了成像缺失和成像误差原因,得知漏斗部分在低频情况下成像效果不理想,需要提高测试频段;利用标准球模拟料线分析成像误差,方位向和距离向绝对误差在1.2%和5.8%以内,暗室内方位向测量误差不超过±0.01 m.

关键词：高炉雷达料线 RCS测量 SAR成像

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粗糙海面的散射回波与大斜视SAR成像研究

粗糙海面的散射回波与大斜视SAR成像研究

作者：关文涛延安大学

学位级别：硕士

复杂海洋环境下的散射回波与SAR成像研究在海洋遥感、海洋资源探索、目标的探测识别等领域具有重要意义。sar作为一种高分辨率的微波探测设备,具有在复杂环境下获取目标二维图像信息的能力,通过解析复杂海洋环境的sar图像帮助人们充分... 详细信息

复杂海洋环境下的散射回波与SAR成像研究在海洋遥感、海洋资源探索、目标的探测识别等领域具有重要意义。sar作为一种高分辨率的微波探测设备,具有在复杂环境下获取目标二维图像信息的能力,通过解析复杂海洋环境的sar图像帮助人们充分理解海洋的复杂散射机理,基于此,本文主要研究复杂海洋环境中的海面电磁散射、海面SAR成像的各种影响因素以及电大尺寸海面的大斜视SAR成像的仿真问题,建立了高海况下的电磁散射模型和海面大斜视sar的成像算法,并对海面SAR成像进行了仿真模拟。论文主要研究内容如下:1、分析了海面的三种散射机制,小入射角情况下的镜向反射机制、中等入射角情况下的Bragg散射机制以及掠入射情况下的其他散射机制。基于Fuks微扰理论和基尔霍夫近似理论,研究了优化的海面面元散射场模型,仿真验证了该模型的正确性。详细的分析了不同波段海水的介电常数和海面散射系数随海水温度和盐度的变化情况,进行了不同波段海面的散射系数的比较。2、分析介绍了海面sar的成像的速度聚束调制机理,然后重点分析了风速、流体力学调制、速度聚束调制等因素对单双站海面SAR成像的影响,最后基于非线性Creamer模型、优化的海面面元散射场模型和破碎波理论,建立了高海况下完整的电磁散射模型,并重点研究不同风速下海面的破碎点分布以及在掠入射情况下考虑破碎波与否对HH极化和VV极化下的海面单双站SAR成像的影响。3、研究了电大尺寸海面的大斜视SAR成像仿真,首先对斜视sar的回波信号进行了分析,然后推导了雷达的瞬时斜距方程四阶泰勒级数展开式,最后基于海浪的速度聚束调制机理及雷达高阶项的斜距方程,建立了适用于处理大斜视下海面sar的成像算法,并进行大场景大斜视的海面SAR成像仿真。

关键词：海面 SAR成像不同波段速度聚束调制大斜视

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基于ALISTA的SAR成像研究

基于ALISTA的SAR成像研究

作者：刘宏政广东工业大学

学位级别：硕士

稀疏微波处理作为一种有效降低系统复杂度的微波处理手段,已经逐渐成为微波处理的主流方法。而微波频段在雷达信号处理中也是主要的电磁波频段,因此稀疏微波处理也能很好的应用于雷达信号处理中。由于合成孔径雷达在方位向和距离向都进... 详细信息

稀疏微波处理作为一种有效降低系统复杂度的微波处理手段,已经逐渐成为微波处理的主流方法。而微波频段在雷达信号处理中也是主要的电磁波频段,因此稀疏微波处理也能很好的应用于雷达信号处理中。由于合成孔径雷达在方位向和距离向都进行采样,所以导致采样的数据量很大,而采用稀疏微波处理的手段能有效的降低数据量,提高信号处理的速度,因此稀疏微波处理在合成孔径雷达中具有广泛且高效的应用。深度学习作为以机器学习为基础,采用多层网络叠加,从而通过自适应学习实现各种应用的方法,多年的研究表明其在线性变换系统中具有较为优秀的效果。而在合成孔径雷达成像算法中主要涉及的是线性变换,因此能将深度学习结合稀疏微波处理应用于合成孔径雷达成像中,通过深度学习来自适应学习稀疏微波处理过程中的参数,提升合成孔径雷达成像效果。我们主要研究了如何在稀疏合成孔径雷达信号处理中实现一种基于深度学习的稀疏微波处理最新算法,即ALISTA算法。我们采用美国公开数据集MSTAR和雷达学报的公开多源sar卫星地物类型数据集进行效果验证,通过与传统的稀疏成像算法ISTA算法进行对比,采用多种图像对比指标诸如NMSE,PSNR,SSIM等来判别SAR成像效果。最后结果表明,在MSTAR数据集中采用最新的ALISTA算法能使PSNR至少提高1d B左右,同时使整体网络的收敛速率接近线性速率。虽然ALISTA算法在数据较大的多源sar卫星地物类型数据集中受到硬件的限制,导致在收敛速率方面并没有太接近线性速率,但是其收敛速率相较于ISTA算法而言依然具备优势。总的来说ALISTA算法相较于传统稀疏微波成像具备更低的系统复杂度。

关键词：稀疏微波处理 SAR成像 ALISTA 多源sar卫星地物类型数据集

一种孔径和频率二维稀疏的步进频SAR成像方法

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航空学报 2015年第4期36卷 1221-1229页

作者：顾福飞张群娄昊杨秋陈一畅空军工程大学信息与导航学院

步进频率信号(SFWs)在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下能够获得高的距离向分辨率的同时,也存在着抗干扰能力较差及其等效重复频率较低的问题,并且在方位向积累时间内由于雷达载机工作状态的变化,会导致方位向的数据录取不完整。针对上... 详细信息

步进频率信号(SFWs)在不增加雷达系统瞬时带宽的情况下能够获得高的距离向分辨率的同时,也存在着抗干扰能力较差及其等效重复频率较低的问题,并且在方位向积累时间内由于雷达载机工作状态的变化,会导致方位向的数据录取不完整。针对上述问题,提出一种孔径和频率二维稀疏的步进频合成孔径雷达(sar)成像方法。首先,分析了稀疏步进频率信号(SSFWs)的SAR成像模型,然后基于压缩感知理论完成距离向成像处理。其次,针对稀疏孔径的回波数据,通过构造成像算子和压缩感知重建模型的方法实现其距离徙动校正和方位压缩处理,进而获得二维成像结果。相比于传统的步进频率信号SAR成像,利用所提方法能够在少量的频率资源和雷达回波数据情况下实现准确的SAR成像。最后,通过对仿真和实测的步进频率雷达数据进行成像处理,验证了所提方法的有效性和可行性。

关键词： SAR成像压缩感知稀疏步进频率成像算子二维稀疏

基于椭圆模型与改进NLCS的一站固定式大基线双站SAR成像算法

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电子与信息学报 2016年第12期38卷 3174-3181页

作者：钟华胡剑张松孙闽红杭州电子科技大学通信工程学院杭州310018

在一站固定式双站SAR成像处理中,该文针对距离-方位2维空变描述不够准确导致成像性能迅速下降的问题,提出一种新的椭圆模型精确描述一站固定式大基线双站sar的距离-方位空变特性,并基于此推导了改进的非线性调频变标(NLCS)成像算法。在... 详细信息

在一站固定式双站SAR成像处理中,该文针对距离-方位2维空变描述不够准确导致成像性能迅速下降的问题,提出一种新的椭圆模型精确描述一站固定式大基线双站sar的距离-方位空变特性,并基于此推导了改进的非线性调频变标(NLCS)成像算法。在距离向,首先利用相位去斜完成距离去走动和多普勒中心矫正,接着对剩余距离单元徙动和距离方位高次耦合项进行了去除处理。在方位向,根据一站固定式双站sar的2维空变特性,提出了一种用于描述回波距离-方位空变特性的椭圆模型,基于该模型对空变的回波方位调频率进行了分析,并重新推导NLCS算法的方位变标函数和方位压缩系数。理论分析与仿真结果证明,所提出的模型不仅揭示了一站固定式大基线双站sar数据的2维空变特性,而且对回波的距离-方位空变给出了更精确的解析式描述,使得基于该模型改进的NLCS算法可以获得更好的成像处理效果。

关键词： SAR成像双站sar 一站固定式非线性调频变标椭圆模型

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自旋式飞行器三维SAR成像及测高新模型

航空学报 2015年第4期36卷 1240-1249页

作者：陈思远张晓玲师君张海电子科技大学电子工程学院成都611731 中国工程物理研究院电子工程研究所绵阳621900

自旋式飞行器由于运动轨迹复杂,不仅不能精确测量飞行高度,而且从未被用做SAR成像平台。通过研究自旋式飞行器的三维SAR成像新模型,将测高与三维SAR成像相结合,提出了一种基于三维SAR成像的测高新模型。首先分析了自旋式飞行器天线相位... 详细信息

自旋式飞行器由于运动轨迹复杂,不仅不能精确测量飞行高度,而且从未被用做SAR成像平台。通过研究自旋式飞行器的三维SAR成像新模型,将测高与三维SAR成像相结合,提出了一种基于三维SAR成像的测高新模型。首先分析了自旋式飞行器天线相位中心运动轨迹的特点,将具有三维空间分布的半螺旋线天线运动轨迹等效为面阵天线;然后基于等效面阵,利用模糊函数理论,推导了相应的三维成像模型,从理论上证明了模型的成像可行性并分析其成像性能;最后在成像模型基础上,提出基于三维SAR成像的自旋式飞行器测高新模型,并从成像角度分析影响测高精度的因素。针对等效面阵非均匀分布的特点,采用后向投影(BP)算法仿真验证自旋式飞行器模型下三维成像的可行性和测高模型的有效性。

关键词：自旋式飞行器天线阵列 SAR成像成像处理测高