复杂轨迹合成孔径雷达后向投影算法图像流GPU成像

相对于基于傅里叶变换的频域成像算法,后向投影(BP)算法因采用时域逐点相干积累,更适合于复杂轨迹合成孔径雷达(SAR)高精度成像。但BP算法计算量巨大,限制了其应用于SAR大场景大数据量快速成像。图形处理器(GPU)具有强大浮点运算和并行处理能力,为大场景BP算法快速成像实现提供了途径。结合GPU并行处理,提出了一种基于图像流的复杂运动SAR大场景BP快速成像处理方法。该方法借助BP算法中图像像素点相互独立处理的特性,采用图像像素点并行及图像流程处理,设计了孔径与图像缓存调度方案,提高SAR大场景大数据BP算法成像效率。仿真和机载实测数据结果验证了方法的有效性,在有限GPU显存条件下实现了8 192×8 192大场景快速成像,并且成像加速比相对于传统CPU单线程处理可达300倍以上。     

一种改进的星载聚束SAR子孔径ECS算法

在分析原有ECS算法的基础上，提出了一种适合于星栽聚束SAR成像的子孔径ECS算法。该算法对数据进行子孔径划分，可降低系统对PRF及运算存储量的要求。距离压缩采用斜视等效距离模型，实现精确的距离徙动校正。方位压缩采用方位scaling和频谱分析来实现，并分析推导了合理的方位scaling因子取值。最后，通过仿真验证了算法的有效性。     

一种正前视宽扇区高分辨雷达扫描成像方法

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）只有照射到飞行方向左、右两侧的感兴趣成像区域时才能处理出高分辨率SAR图像,飞行方向正前方的成像区域就成为了SAR成像的固有盲区。三通道（和、方位差、俯仰差）毫米波单脉冲成像雷达能够实现对正前视场景的二维成像，获取单脉冲图像。提出对SAR/单脉冲图像进行图像配准和融合拼接的方法：首先利用多尺度多方向二维Gabor滤波器组分别对SAR/单脉冲图像进行特征提取，然后对两组特征矩阵进行归一化互相关匹配，对匹配好的图像进行像素级融合处理，得到完整的正前视宽扇区高分辨雷达图像。试验数据成像处理结果表明，所提复合成像算法能够对飞行正前方宽扇区范围内进行高分辨成像，有效解决了工程实际中碰到的正前视高分辨成像盲区的难题，对于前视雷达成像侦察、弹载雷达目标区域景象匹配、飞行器夜航、盲降等具有一定的工程实际意义。     

基于回波数据压缩的MIMO-SAR成像方法

针对多发多收合成孔径雷达（MIMO-SAR）高分辨成像的回波数据量过大问题,提出了一种基于数据压缩的MIMO-SAR成像方法。通过对MIMO-SAR回波数据的分析,补偿了由于MIMO雷达收发分置导致的相位误差;其次利用距离徙动算法(RMA)对回波数据进行预处理并分析了其稀疏性;然后针对预处理后的回波数据进行压缩传输,在接收端利用压缩感知重构算法获得回波数据在距离多普勒域的稀疏表示并进行成像处理。仿真结果表明,所提方法可以在大幅压缩MIMO-SAR回波数据的基础上实现准确成像。     

分块自适应量化算法的仿真和实现

介绍了分块自适应量化(BAQ)算法的基本原理,结合机载合成孔径雷达(SAR)原始数据,对其分布特性、均值、量化信噪比等进行了分析,给出了3bitBAQ的压缩仿真和解码成像,并对原始数据、3bitBAQ压缩结果进行了成像比较。研究了该算法在FPGA内的实现方法。     

基于直线斜飞弹道的弹载SAR成像方案

针对弹载SAR成像实时性高、非匀直弹道下成像算法、运动补偿困难,难以工程实现 的现状,提出了一种末制导阶段在恒定高度采用直线斜飞弹道的SAR成像制导模式。详细分 析了该模式的工作过程、极坐标格式SAR聚束成像算法及直线斜飞弹道对制导性能产生的影 响。仿真结果表明,该模式在增加少量制导时间的代价下,借鉴机载聚束SAR成像算法即能 获得高质量的SAR图像,为SAR末制导的工程化提供了有益借鉴。     

去调频处理的合成孔径雷达成像

针对合成孔径雷达(SAR)成像SPECAN算法中距离向采样率过高的问题,将去斜率原理用于SPECAN算法的距离向处理,先以STRETCH(去斜率)方法将宽带信号转化为单频信号,然后对单频信号做快速傅里叶变换(FFT).这种对距离向的处理方式,降低了回波信号的采样率,并且只需要一次FFT便可将回波信号压缩到与目标距离相关的位置上,减少了数据运算量和存储量.原理分析和仿真实验均表明了该算法的正确性和有效性.     

SAR成像系统重频抖动的影响及补偿

合成孔径雷达(SAR)系统要求时间严格同步,从而可利用脉冲间的相干性进行方位处理。推导了重频抖动造成的时间同步误差对SAR成像方位聚焦的影响以及其极限值,并给出了补偿方法。采用实际系统参数进行了仿真验证,并分析了存在重频抖动误差的实际SAR成像雷达系统,实测数据处理和补偿结果验证了理论的有效性。所提方法对实际雷达系统的设计、问题分析和SAR成像处理误差补偿有指导意义,具有较高的实用价值。     

一种SAR与可见光图像压缩感知融合增强方法

针对机载多传感器成像战场态势感知的问题，提出了一种合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)与可见光图像压缩感知融合增强方法。该方法首先对SAR与可见光图像分别进行压缩感知测量，得到压缩测量值，然后通过基于局部权值的融合方法实现对压缩测量值的融合，再利用有序度最优分割法提取SAR图像的强散射目标，最后对融合测量值重建得到初步融合图像，初步融合图像通过目标对比度增强得到最终融合图像。对多组图像进行了仿真分析，视觉及数值结果表明该方法能显著增强融合图像的目标对比度，提升了图像纹理清晰度，较大程度降低了图像融合过程中的数据计算量。     

基于多测量向量模型的极化探地雷达成像算法

针对极化探地雷达(GPR)工作过程中目标成像空间的联合稀疏性，提出了一种基于多测量向量模型的极化探地雷达成像算法。在建立极化探地雷达回波信号模型的基础上，利用各极化通道测量数据的联合稀疏性将各个极化通道的测量数据等效成多测量向量（MMV），通过多任务贝叶斯压缩感知（MT-BCS）算法对各个极化通道的测量数据进行联合处理从而实现各个极化通道对应的探测场景反射率的重建。基于时域有限差分（FDTD）法的仿真数据处理结果表明所提成像算法在目标位置重建的准确性和背景杂波抑制能力上均优于单测量向量（SMV）模型的极化探地雷达成像算法。     

多视角穿墙雷达联合稀疏成像算法

多视角穿墙雷达成像系统利用多个视角的目标回波数据,可以有效提高目标成像重建结果的质量。在建立多视角穿墙雷达联合稀疏信号模型的基础上,提出了一种基于交叉验证技术的删失同时正交匹配追踪成像算法。该算法将每个观测视角雷达单元的测量数据分成重建数据和交叉验证数据两部分,通过进行多次删失同时正交匹配追踪迭代计算实现测量噪声水平估计和成像重建,既减小了各个视角雷达站间的数据通信开销,也摆脱了成像算法对测量噪声水平和场景稀疏度先验信息的依赖。仿真实验结果验证了所提成像算法的有效性和准确性。     

主动毫米波成像地海面目标识别方法

主动毫米波成像传感器为前下视对地成像,作为侧视SAR和前斜视SAR成像的补充,能够实现全方位观测覆盖,采用扫描方式实时获取飞行路径前方地物目标图像数据,在飞行器导航中具有重要应用前景。针对主动毫米波成像目标识别所面临的成像信噪比低、图像方位向分辨率低以及保障条件为异种传感器图像数据等难点,探讨了目标检测识别实时信息处理流程中的地面信息保障、匹配识别算法等若干关键技术和方法,结合目标背景特性,提出的结合特征检测的目标匹配识别定位方法,能满足低信噪比条件下的目标快速检测识别的要求。     

基于子孔径方位特性的穿墙雷达虚拟多视角成像方法

针对穿墙雷达(TWR)室内不规则场景中信号传播的多径效应所导致成像区域“幻影”存在的问题，提出了一种基于脉冲雷达信号平台频域压缩感知(CS)框架的多径利用方法。在建立室内多径回波脉冲信号矢量模型的基础上，将每条多径分量作为一个特殊的观测通道，并利用目标、多径“幻影”依赖于阵列子孔径方位(AD)的特性，由此来分析目标、“幻影”与子孔径位置的关联性，最后通过调和平均(HMAM)子孔径图像融合方法实现 “幻影”抑制和目标的虚拟多视角成像。该方法克服了脉冲信号时域压缩感知计算复杂度高以及需要事先已知室内几何反射位置的不足。不同场景的仿真结果验证了此方法的可行性和优越性。     

0.33 THz雷达三维近场成像系统设计及成像试验

提出了采用步进频率结合平面扫描的THz雷达近场成像系统设计方案,基于宽带全息成像原理,可以实现三维高分辨率近场成像。采用多通道收发探头阵列缩短机械扫描行程,提高成像速度。给出了基于快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）和Stolt插值的三维图像重建算法,成像理论分辨率与波长相当。利用THz矢量网络分析仪和辅助设备,搭建了0.215~0.33 THz成像试验装置,完成了对多层金属-泡沫目标三维成像,成像分辨率达到预期水平,验证了系统设计和三维图像重建算法的正确性。     

基于DCT的SAR原始数据压缩算法分析

根据合成孔径雷达(SAR)原始数据经离散余弦变换(DCT)后的系数特性,分析了在DCT域按各子带能量分布作变比特块自适应量化的算法--DCT域块自适应量化(DCT-BAQ),并将该方法与时域BAQ算法作了比较.结合一组实测SAR原始数据,用两种算法分别进行了压缩和解压缩,并计算了数据域及图像域信噪比,给出了两种压缩算法所成的图像.实验证明,在相同的比特率下,DCT-BAQ算法的数据域和图像域信噪比均比时域BAQ算法高.数据域信噪比增加1.38～1.94 dB,图像域信噪比增加1.56～1.91 dB.加之DCT变换是实数运算、有快速算法,所以将它用于SAR原始数据压缩有一定的优越性.     

基于多尺度多方向Gabor模板的光学/SAR景象匹配

合成孔径雷达（SAR）成像制导通常采用光学基准图和SAR实时图 进行特征提取和景象匹配。提出了一种光学/SAR异类影像匹配方法,利用多尺度多方向Gabo r模板提取图像的Gabor特征后进行特征匹配,首先对SAR图像进行方向Frost滤波预处理,然 后分别计算光学图像和SAR图像的高斯梯度图像,再利用多尺度多方向二维Gabor滤波器模板 分别对两幅高斯梯度图像进行特征提取,最后对两组特征矩阵进行归一化互相关匹配。该方 法直接利用光学图像和SAR实时图进行景象匹配,实验表明,该异类影像匹配方法较其他传 统方法具有较高的鲁棒性和准确性。     

一种毫米波二维电扫有源相控阵雷达

采用多波束开关馈线与相控波束扫描相结合的技术实现了一种低成本毫米波 二维电扫描有源相控阵雷达。该雷达主要包含电扫的关键组件Rotman透镜与多端口TR组件, 配以高 性能的模块化数字信号处理机。试验结果表明,该雷达能实现动目标检测与跟踪、前斜视调 频步进SAR成像与扇扫成像。     

基于运动干扰机的合成孔径雷达二维移频压制干扰

为了给移动或分布式目标提供有效的保护,提出了一种基于运动干扰机的SAR二维移 频压制干扰方法。在波束照射范围内,运动干扰机在待保护目标附近截获SAR发射信号,并 根据目标在距离向的范围与位置对其调制一个线性调频信号后转发。根据Range-Doppler算 法,推导了距离向失配干扰信号脉冲压缩输出的主瓣位置、幅度以及宽度;分析了由于 干扰机的运动导致的方位向调制信号,给出了干扰机起始位置、运动速度与方位向脉冲压缩 输出主瓣位置、幅度以及主瓣展宽量的关系。理论研究表明,干扰信号能够在SAR图像中形 成面状压制区,可以实现对移动或分布式目标的有效保护。仿真实验验证了该方法的有效性。     

弹载SAR宽域成像的扫描参数设计

针对弹载条带合成孔径雷达(SAR)在末制导阶段由于波束覆盖范围窄和成像时间短,不易获 得所 要求的大面积图像的问题,提出了一种新的波束扫描方案,并根据导弹在末制导阶段的飞行 特点,结合子孔径处理方法,对波束扫描参数进行了理论分析和设计。仿真结果表明,与条 带SAR相比,该扫描SAR能有效地在较短的数据录取时间内获得大面积的SAR图像。     

基于RWC的斜视机载SAR CS算法仿真

通过建立机载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR)工作模型，介绍了SA R成像的原理，详细分析了斜视条件下距离徙动产生的原因以及对成像的影响，针对调频变 标算 法（Chirp Scaling，CS）算法的实现过程及特点，指出其在斜视角情况下成像存在的缺陷 ，提出使用改进的算法即在傅里叶变换之前进行距离徙动校正（Range Walk Correction,RW C）的处理，重点推导了改进后的算法实现过程，并通过Matlab仿真实现了CS算法正侧视及 斜视时成像，证明改进后的算法在侧斜视情况下成像质量有较大的改善。