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基于DGPS/IMU的机载Insar系统DEM生成技术

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测绘科学技术学报 2009年第5期26卷 344-346,350页

作者：楼良盛刘思伟刘志铭西安测绘研究所陕西西安710054

Insar技术是近年来在sar基础上发展起来的一种新技术,机载Insar系统在国外已得到广泛应用。根据Insar测量原理,在系统中需装有高精度的DGPS/IMU系统,测量雷达天线位置和基线倾角,用于求解地面目标点高程,但如何求解目标点平面坐标研究... 详细信息

Insar技术是近年来在sar基础上发展起来的一种新技术,机载Insar系统在国外已得到广泛应用。根据Insar测量原理,在系统中需装有高精度的DGPS/IMU系统,测量雷达天线位置和基线倾角,用于求解地面目标点高程,但如何求解目标点平面坐标研究不多。在介绍了Insar高程求解的基础上,结合sar成像原理,使用高精度DGPS/IMU系统获取的数据,提出了平面坐标的求解方法,并使用实际的机载Insar数据进行了试验。结果表明,利用提出的方法可以满足其精度要求。

关键词：机载干涉合成孔径雷达 DEM生成定位定姿系统 sar成像

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基于深度学习的高分辨雷达成像技术研究

基于深度学习的高分辨雷达成像技术研究

作者：黄少寅电子科技大学

学位级别：硕士

雷达成像技术具有全天候、全天时的远距离观测能力,在军用和民用领域上都发挥着巨大的作用。在雷达成像中,提高雷达图像的分辨率对精细表征目标起着关键的作用。距离向分辨率取决于信号的带宽,而方位向分辨率通常取决于合成孔径长度。... 详细信息

雷达成像技术具有全天候、全天时的远距离观测能力,在军用和民用领域上都发挥着巨大的作用。在雷达成像中,提高雷达图像的分辨率对精细表征目标起着关键的作用。距离向分辨率取决于信号的带宽,而方位向分辨率通常取决于合成孔径长度。所以雷达成像分辨率不仅会受到硬件条件的限制,而且会受到传统雷达成像算法的影响。本文旨在利用深度学习方法提高雷达成像质量,研究内容主要包括逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,Isar）超分辨率成像、穿墙雷达成像、合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,sar）成像。第一部分研究基于深度学习的Isar超分辨率成像。建立了基于深度学习的超分辨率模型,分析了影响深度学习超分辨率成像的若干重要因素。针对Isar机动目标成像,提出了基于卷积神经网络的超分辨成像方法。通过仿真的方法生成了输入图像和参考图像。然后设计合适的卷积神经网络模型,从而通过卷积神经网络模型去拟合低分辨率时频分布图到高分辨率时频分布图之间的函数映射关系。最后将训练完成的卷积神经网络模型结合入Isar机动目标成像流程中,从而有效提高了Isar机动目标成像分辨率。第二部分研究基于深度学习的穿墙雷达成像。建立了基于深度学习的图像增强模型和超分辨率模型。针对穿墙雷达图像中存在栅瓣和旁瓣的问题,提出了基于卷积神经网络的图像增强方法。通过仿真的方法生成了不存在栅瓣和旁瓣的理想雷达图像。然后搭建合适的卷积神经网络模型去拟合原始雷达图像到理想雷达图像之间的函数映射关系,从而通过卷积神经网络模型提高雷达图像质量。而对于雷达图像中分辨率低的问题,本文通过卷积神经网络模型建立了低分辨雷达图像到高分辨雷达图像之间的函数映射关系,从而通过卷积神经网络模型有效提高了雷达图像分辨率。第三部分研究基于深度学习的sar成像。建立了基于深度学习的图像增强模型。针对sar图像中存在散焦的问题,提出了基于卷积神经网络的sar图像增强方法。通过仿真的方法生成普通sar图像和带有空变相位误差的sar图像。然后搭建合适的卷积神经网络模型去拟合带有空变相位误差的sar图像到普通sar图像之间的函数映射关系,从而通过卷积神经网络模型有效提高了sar图像质量。

关键词：深度学习 Isar成像穿墙雷达成像 sar成像

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毫米波雷达高分辨成像方法研究

毫米波雷达高分辨成像方法研究

作者：韩彤西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达高分辨成像是雷达研究中的重要组成部分,从这一概念的提出至今,雷达高分辨成像技术一直是国内外研究人员研究的热点领域,同时也产出了许多骄人的成果。合成孔径雷达成像和实孔径雷达成像是两种常见的主动雷达成像系统,根据雷达信号... 详细信息

雷达高分辨成像是雷达研究中的重要组成部分,从这一概念的提出至今,雷达高分辨成像技术一直是国内外研究人员研究的热点领域,同时也产出了许多骄人的成果。合成孔径雷达成像和实孔径雷达成像是两种常见的主动雷达成像系统,根据雷达信号处理的知识可知,雷达的方位分辨率跟雷达的孔径大小息息相关,雷达的孔径越大则其方位分辨能力越强。对于合成孔径雷达而言是通过建立雷达与目标的相对运动而扩展孔径来形成大的虚拟孔径进而提高雷达的分辨率。传统的合成孔径雷达系统多建立在脉冲雷达的基础上,这种雷达系统通常具有较大的体积容易受到攻击和干扰,而且由于其造价高昂在应用方面会带来许多局限。而近年来发展起来的建立在连续波雷达基础上的小型合成孔径雷达系统由于其易携带、造价低的特点在民用方面应用广泛,并受到了研究人员的青睐,本文通过利用快速SBL算法对这种类型的合成孔径雷达高分辨成像进行了研究。实孔径雷达的孔径扩展即建立大的天线阵列,但是这样会导致雷达系统过于庞大,成本过于高昂,极不利于应用于实际生活中。合成孔径雷达是一种针对于该问题的有效解决方式,但是由于合成孔径雷达需要建立雷达与目标间的相对运动,这样会导致其在一些特殊的场景下难以发挥作用,因而本文提出分布式雷达成像。通过在滑轨上灵活分置两部雷达来实现雷达孔径的扩展形成一部大孔径虚拟雷达,雷达放置的不同位置控制虚拟雷达天线孔径的大小,通过利用MIAA在单部雷达数据的基础上补全缺失的数据进而完成高分辨成像。本文主要研究内容是连续波雷达信号处理基础理论、合成孔径雷达成像理论及应用、分布式雷达成像原理及应用。具体研究内容包括以下几个方面:(1)分析并介绍了雷达成像具有的的现实意义,介绍了合成孔径雷达成像,然后通过指出合成孔径雷达在某些场景下的局限性从而提出分布式雷达成像,并介绍了分布式雷达成像的研究前景。(2)连续波雷达信号理论:包括连续波雷达系统、线性调频信号理论与仿真、连续波雷达信号处理(距离、速度、角度的估计)、TI级联成像雷达系统的研究(包括射频板和数据采集板)。(3)合成孔径雷达成像理论及应用:搭建了一整套小型合成孔径雷达成像系统,研究了sar成像的理论与模型,研究了CSA成像方法和快速SBL算法,并通过公式推导和软件仿真对两种算法进行了详细的介绍,然后通过实测场景成像验证了成像系统的正确性以及成像方法的有效性。(4)分布式雷达成像原理及应用:搭建了分布式雷达成像系统,研究了分布式雷达成像的理论,研究了MIAA这种方法,并通过公式推导对MIAA进行了详细的介绍,接着介绍了分布式雷达成像数据处理链,然后通过角反射器定量实验验证了分布式雷达成像的有效性,并通过停车场实测场景成像对分布式雷达成像进行了进一步的研究。

关键词：连续波雷达 sar成像 CSA 快速SBL 分布式雷达成像 MIAA

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机载合成孔径雷达ENLCS成像算法研究

机载合成孔径雷达ENLCS成像算法研究

作者：张艳军杭州电子科技大学

学位级别：硕士

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)系统搭载在飞机、卫星等移动平台上,利用合成孔径和微波技术,能够对地面指定区域实施全天时、全天候的实时观测并实现高分辨率成像功能。作为具有强抗干扰性的主动监测系统,sar在军事和民用... 详细信息

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,sar)系统搭载在飞机、卫星等移动平台上,利用合成孔径和微波技术,能够对地面指定区域实施全天时、全天候的实时观测并实现高分辨率成像功能。作为具有强抗干扰性的主动监测系统,sar在军事和民用领域都发挥着重要作用,包括灾害预警、军事侦查和资源勘探等功能都可以通过sar系统实现。虽然机载斜视sar系统的构型部署相对简单,但其成像算法的研究将面临更多的挑战。雷达波束的斜视模式增加sar几何构型设计灵活性的同时,不仅造成了严重的距离-方位耦合,还导致剩余RCM(Range Cell Migration)和多普勒相位存在更复杂的方位空变特性,严重影响了最终的聚焦结果。针对以上问题,本文提出了基于改进圆模型的机载斜视sar成像处理算法。首先利用LRWC(Linear Range Walk Correction)和KT(Keystone)变换相结合的方法解除了斜视条件下的距离-方位耦合,并去除了线性距离走动和多普勒中心频率;根据Bulk RCMC(Range Cell Migration Collection)的结果,在二维平面上构建了一种改进圆模型,高度近似的描述了点目标波束中心距离偏移的方位空变特性;基于该模型,提出了新的方位空变的剩余RCMC方法,并利用该模型的推导结果改进了 ENLCS(Extended Nonlinear Chirp Scaling)算法的方位均衡和压缩过程。仿真结果表明,本文基于改进圆模型的sar成像算法准确地处理了方位空变的剩余高阶RCM和多普勒相位,极大地提高了机载斜视sar成像的聚焦性能。在宽测绘带场景下,机载雷达平台与目标区域之间的距离相对较小,不同点目标的波束斜视角之间的变化无法被忽略,导致具有固定斜视角的传统几何构型无法准确的描述点目标回波的信号特性,而宽测绘带和波束作用距离较小的特点也对描述sar信号方位空变特性的解析模型提出了更高的精度要求。针对宽测绘带成像的问题,本文提出了一种基于三维球体模型的机载sar高分宽幅成像算法。首先设计了一种更准确的几何构型,并分析了其变斜视角信号特性;在完成距离向预处理之后,根据改进的几何构型构建出一种新的三维球体模型,能够准确的描述变斜视sar信号空间内点目标距离偏移的方位空变关系;利用该模型的推导结果,改进了方位空变的剩余RCMC方法和ENLCS的方位均衡和压缩过程。根据仿真实验的结果可知,相比于传统成像方法,基于三维球体模型的机载sar成像算法能够实现更好的宽测绘带高分辨率聚焦效果。

关键词：合成孔径雷达 sar成像方位空变特性改进圆模型三维球体模型 ENLCS

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基于GPU的遥感数据实时处理研究

基于GPU的遥感数据实时处理研究

作者：吴亚丽南京理工大学

学位级别：硕士

本文主要研究星载合成孔径雷达(sar)实时成像处理技术及其在GPU(图形处理器)上的实现。星载sar成像处理需要海量运算和高速缓存,基于传统的CPU处理器运算效率低,难以满足高效sar图像应用的需求。可编程的图形核心处理器采用多线程并发技... 详细信息

本文主要研究星载合成孔径雷达(sar)实时成像处理技术及其在GPU(图形处理器)上的实现。星载sar成像处理需要海量运算和高速缓存,基于传统的CPU处理器运算效率低,难以满足高效sar图像应用的需求。可编程的图形核心处理器采用多线程并发技术,具有高速运算能力,在通用计算和高性能图像处理运算领域有广泛的应用前景,可用于高效sar成像处理。本文介绍了星载合成孔径雷达成像的基本原理,采用结构简单、易于硬件实现的Chirp Scaling算法,基于全新的运算平台CUDA并利用高速浮点运算能力的图形核心处理器GPU实现了合成孔径雷达成像处理。本文利用CUDA并行计算架构,通过开辟多线程来对图像数据分块进行预处理;通过CPU与GPU协同处理完成了轨道参数的设置和多普勒参数的计算;通过GPU多核并行完成相位因子的计算和因子与图像数据的复乘。最后给出了实验结果并测试了性能,通过分析表明基于GPU的成像处理与基于CPU硬件设备的方案相比大大提升了成像效率。

关键词：实时处理 GPU sar成像 CUDA平台 CS算法

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主动毫米波成像技术研究

主动毫米波成像技术研究

作者：杨兆冰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,随着恐怖主义的威胁日益加剧,机场、车站、人员密集的大型活动场所等公共场所的安全问题越来越受到世界各国的广泛关注。主动毫米波成像系统可以快速、高效的进行人体成像,成为保障公共安全的有效技术手段之一。本文以基于毫米... 详细信息

近年来,随着恐怖主义的威胁日益加剧,机场、车站、人员密集的大型活动场所等公共场所的安全问题越来越受到世界各国的广泛关注。主动毫米波成像系统可以快速、高效的进行人体成像,成为保障公共安全的有效技术手段之一。本文以基于毫米波段的人体安检成像为应用背景,针对主动式毫米波近距离圆周扫描成像的系统工作模式,研究了该体制下的图像重构算法。本文的主要研究内容包括以下几个方面:首先,通过分析成像系统的工作环境,选择线性调频连续波(LFMCW)信号作为发射信号并且分析了LFMCW信号的脉冲压缩过程。针对主动式毫米波成像系统的工作原理及工作模式,根据成像系统的工作流程,建立了成像系统仿真模型,获得仿真数据并验证。针对仿真数据,进行二维成像算法和三维成像算法的研究及验证。其次,针对圆周扫描这一较为复杂的扫描机制,研究了基于频域插值的主动毫米波圆周扫描三维成像算法,并给出了相应的系统采样约束条件和分辨参数。针对成像算法中空间波数域数据的非均匀采样问题,研究了四种插值算法,即最邻近插值法、双线性插值法、三次样条插值法以及双三次插值法。对比分析采用不同插值算法的实验结果,以此来选择在主动毫米波成像系统中最优的插值算法。最后,为了提高系统成像性能,研究了另一种更为严密的成像算法,即基于迭代的主动毫米波圆周扫描三维成像算法,并讨论了系统采样约束条件和分辨参数。通过处理试验数据来与基于频域插值的主动毫米波圆周扫描三维成像算法进行对比分析。本文提出的主动毫米波三维成像算法,主要是针对圆周扫描这一扫描机制的复杂性,通过结合合成孔径雷达(sar)成像技术,旨在克服近场环境成像的不利因素,来实现对目标反射分布函数的重构,获得观察区域中目标的三维成像结果。

关键词：毫米波雷达 sar成像圆周扫描插值算法

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太赫兹雷达对地目标探测技术研究

太赫兹雷达对地目标探测技术研究

作者：潘东亮北京理工大学

学位级别：硕士

雷达目标测量对于现代军事的隐身和反隐身研究都具有重大的意义,隐形技术长足的进展,已对已经存在的雷达产生了相当大的挑战,因此研制新的反隐形雷达就成为雷达技术领域的一个十分紧要的课题。研究发现太赫兹雷达具有很强的反隐身能力,... 详细信息

雷达目标测量对于现代军事的隐身和反隐身研究都具有重大的意义,隐形技术长足的进展,已对已经存在的雷达产生了相当大的挑战,因此研制新的反隐形雷达就成为雷达技术领域的一个十分紧要的课题。研究发现太赫兹雷达具有很强的反隐身能力,是未来发展的一个趋势。将太赫兹雷达应用于地面目标探测,可以更好地获取目标的高分辨一维像,发现隐形目标。本文以已有的太赫兹雷达作为基础,详细的介绍了关于太赫兹成像雷达的设计以及测量方法。并针对雷达对地面目标测量中的某些重要问题进行了研究。首先,介绍了论文的选题背景,提出太赫兹雷达的优越性,以及国内外太赫兹频段相关测量系统的发展。说明太赫兹成像雷达系统对目标测量的重大意义。其次,进行目标RCS的仿真。介绍了RCS的基本概念,介绍了常用的电磁仿真软件FEKO的使用,利用FEKO对常用的平板和三面角反射器进行RCS仿真,为复杂物体的RCS测量和估计提供依据。然后,对太赫兹频段的大气传输模型进行相关研究。简单介绍了太赫兹波在水汽,氧气以及雨中的衰减;对太赫兹波在云,雾和沙中进行了重点研究,建立了相关的衰减模型。为以后空间传输应用提供依据。随后,分析了太赫兹sar成像算法。重点介绍了经典的距离多普勒算法的实现流程,用matlab进行算法仿真,为以后具体应用打下基础。最后,进行雷达系统组成介绍和实验验证。重点介绍雷达系统的构成,以及RCS的测量原理和一维像实验,以及为了提高实验结果所采取的技术手段,通过实测数据给出结论。

关键词：目标特性 sar成像大气衰减雷达系统试验验证

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机载斜视双基合成孔径雷达成像算法研究

机载斜视双基合成孔径雷达成像算法研究

作者：胡剑杭州电子科技大学

学位级别：硕士

机载斜视双基sar其收发分离的灵活配置使得其对点目标进行成像能够获取丰富的散射信息同时具有强大的抗干扰能力。但是,这种灵活的几何构型同时导致了强烈的距离-方位空变特性,也使得成像处理更为复杂,难度更高,传统的sar成像技术很难... 详细信息

机载斜视双基sar其收发分离的灵活配置使得其对点目标进行成像能够获取丰富的散射信息同时具有强大的抗干扰能力。但是,这种灵活的几何构型同时导致了强烈的距离-方位空变特性,也使得成像处理更为复杂,难度更高,传统的sar成像技术很难满足其要求。针对机载斜视双基sar不同的回波特性,本文从移不变和移变两种不同的几何构型出发,对机载斜视双基sar成像算法进行了研究,主要工作和创新点如下:移不变双基sar虽然相对更加安全、更富有灵活性,但其成像处理算法却比传统单基sar困难得多。发射机与接收机分离使得距离徙动(Range Cell Migration,RCM)特性相比传统单基sar更为复杂,不仅是距离空变的线性依赖关系;距离向距离空变的二次距离压缩(Secondary Range Compression,SRC)是另一个处理难点。针对这些问题,本文提出了基于改进NLCS的移不变双基sar成像算法。首先对移不变双基sar中的距离徙动进行了深入分析,对NLCS算法作了进一步改进以消除距离徙动的二阶成分以及二次距离压缩中的距离空变特性;为了克服距离衰落获得更好的方位聚焦效果用了一个改进的NLCS方程;并且用二次CS操作还原了成像点目标的实际位置。本文改进的算法不必进行插值,计算量小,效率高。仿真结果表明相比传统NLCS,本文基于改进NLCS的sar成像算法极大地提高了机载移不变双基sar成像的聚焦性能。移变双基sar发射机与接收机之间相对位置随方位时间变化导致其多普勒调频率是方位空变的,不仅如此,发射机与接收机不同的运动矢量直接导致两者相对同一点目标具有不同的多普勒调频特性。方位空变的多普勒调频特性会造成无法对成像场景区域内的点目标进行批量计算,从而导致聚焦处理效率低下,不利于实时成像,更无法进行精确高效的区域成像操作。针对移变双基sar中的方位空变问题,本文提出了一种基于椭圆模型的机载移变双基sar成像算法。首先对移变双基sar方位空变特性作了深入分析,并提出一种椭圆模型精确有效地描述了机载移变双基sar的方位空变特性,基于此推导出了一套能够用于机载移变双基sar回波数据处理的成像算法。仿真结果表明,相比传统的算法,所提出的椭圆模型不仅揭示了机载移变双基sar回波数据的方位空变特性,而且对回波的方位空变特性给出了更精确的解析式描述,基于此模型推导出的移变双基sar成像处理算法也具有更好的聚焦效果。

关键词：双基sar sar成像改进的NLCS 距离徙动矫正方位空变特性椭圆模型

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雷达目标RCS成像测量方法研究

雷达目标RCS成像测量方法研究

作者：董文西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达散射截面(RCS)测量在雷达探测与目标识别等领域都有重要应用。重大科研仪器研制项目对等离子体鞘套包覆目标的电磁散射机理开展研究,并对其进行RCS测量。高精度RCS测量对测量背景要求高,但是在重大科研仪器研制项目中,测量背景为高... 详细信息

雷达散射截面(RCS)测量在雷达探测与目标识别等领域都有重要应用。重大科研仪器研制项目对等离子体鞘套包覆目标的电磁散射机理开展研究,并对其进行RCS测量。高精度RCS测量对测量背景要求高,但是在重大科研仪器研制项目中,测量背景为高温真空腔体,并有较多杂波干扰,导致RCS测量误差大。合成孔径雷达(sar)成像技术在方位维与距离维中具有二维分辨能力,可以解决上述问题。本文以二维sar成像技术为基础,以RCS成像测量方法为主要内容,针对RCS测量中背景噪声高、杂波干扰等问题,提出了一种结合背景对消技术与极坐标下直接成像提取RCS算法的高精度RCS二维成像测量方法,设计了RCS测量系统的测控方案并开发其配套软件。本文的主要工作如下:1.研究了步进频率sar成像算法的基本原理,并通过仿真和实验验证。首先介绍了步进频率信号一维高分辨原理。其次根据重大科研仪器研制项目的工程要求,对成像几何关系、方位分辨率、天线波束宽度的选取、扫描速度要求、成像性能指标和窗函数的选取进行详细介绍。然后从数字信号处理的角度,详细推导了基于步进频率信号的反投影(BP)成像算法。最后通过基于散射中心模型的二维成像仿真、基于FEKO的二维成像仿真和微波暗室内二维成像实验验证了BP成像算法。2.以BP成像算法为基础,研究了RCS成像测量方法。首先介绍了RCS测量的基础理论。其次介绍了时域对消和频域对消两种背景对消技术,并通过频域背景对消实验,说明了背景对消技术对测量背景的改善程度。然后研究了RCS一维成像测量方法,并通过FEKO仿真实验评价其性能。最后研究了直角坐标系下和极坐标系下sar图像与RCS的关系,并通过FEKO仿真实验说明了极坐标系下成像提取RCS与直角坐标系下成像提取RCS相比,测量精度更高。基于以上结论,提出了一种结合背景对消技术和极坐标系下直接成像提取RCS算法的高精度RCS二维成像测量方法。3.设计了RCS测量系统测控方案,并开发了其配套的测控软件。首先介绍了RCS测量系统的组成部分。其次详细介绍了RCS测量系统功能设计,其中包括矢网远程控制、矢网触发模式选择、直线导轨运动控制、综控卡功能要求和RCS测量系统时序控制。最后从需求分析、关键技术和功能模块介绍这三个方面介绍了RCS测量系统测控软件。

关键词： RCS测量 sar成像测控方案软件系统