点目标机载SAR辐射定标关键技术与方法

针对机载SAR影像的高精度辐射定标处理问题,该文分别利用积分法与峰值法计算点目标辐射响应能量、通过对SAR影像辐射特征分析及方法对比,采用sin c函数模型拟合校正天线方向图,结合雷达功率方程求解定标常数,进而建立了完整的点目标辐射定标方法和流程,并对关键技术中不同方法进行了比较分析。结果表明,积分法能量计算模型与sin c函数天线方向图校正模型结合的定标方法能够达到更高的相对和绝对定标精度,优化后的方法能够满足并高于高分辨率机载SAR应用对辐射定标精度的要求。     

基于FFT的快速SAR分布目标回波模拟算法

大面积分布目标的合成孔径雷达 (SAR)回波模拟需要大量的运算 ,文中提出了一种合成孔径雷达回波模拟的快速算法 ,算法利用时域插值和FFT来缩减运算量 ,对于大面积目标回波模拟时 ,该算法有很高的效率。文中详细分析sinc函数插值所带来的误差以及补偿方法 ,并在次基础上提出了一种利用增采样插值方法 ,该方法以增加少量运算为代价 ,使得模拟精度的大幅度提高。文中比较了传统方法和基于FFT的快速SAR分布目标回波模拟算法的模拟结果 ,证明了这种快速算法确实行之有效     

一种基于核回归的SAR图像自适应相干斑抑制方法

为了在抑制相干斑噪声的同时更好地保持SAR图像中的点目标和边缘目标,在经典核回归方法的基础上,本文提出了基于核回归的SAR图像自适应相干斑抑制方法。通过分析SAR图像的幅度分布特性,在构建模型时,以图像的幅度值为判别条件,使核函数在幅值较小的背景区域具有较大的光滑作用以抑制噪声,而在幅值较大的目标区域光滑作用较小以保护目标特征;同时考虑对边缘的保护作用,基于散布矩阵修正了自适应核回归方法,建立了基于核回归的SAR图像自适应相干斑抑制方法。试验结果表明,该算法通过将幅度值和散布矩阵引入核函数,更好地抑制了噪声,同时也保持了图像中的点目标和边缘。     

基于DEM的单幅SAR影像直接定位北大核心CSCD

针对单片定位时的不满秩方积求解问题,该文根据SAR图像距离投影原理,引入DEM约束条件,利用R-D模型由像点二维坐标迭代答解相应地面点三维坐标。通过SAR构像模型的几何分析,引入地面坡度角和起始高程点对应的俯角,推导了SAR图像单片定位的收敛条件和收敛速度关系式。分析得到迭代发散时的条件正好对应着SAR图像叠掩产生的条件,又进一步分析并设计了单幅SAR图像叠掩区域定位方案,从最高端给初始值,依次向下求解,通过叠掩区域的位置信息以及SAR构像模型中表示斜距条件的弧线在地面上方还是下方的判断,分别解算多个地面点坐标。利用点目标仿真数据和山区实际数据进行了实验,验证了该文方案的正确性、有效性和实用性。     

ECM算法的多视SAR影像分割

多视SAR影像像素强度通常建模为Gamma分布,其形状参数为常数(视数)。实验表明,多视SAR影像分割时,设Gamma分布的形状参数为变量可取得更好的分割结果。由于Gamma分布中形状参数以Gamma函数的形式出现,利用EM算法求解时无法获得形状参数的解析解。为此,本文提出了一种基于Expectation/Conditional Maxinnization(ECM)算法的多视SAR影像分割方法。利用ECM算法估计最大化后验概率条件下的Gamma分布参数及表征最优多视SAR影像分割的标号场实现。采用模拟和真实多视SAR影像验证提出算法。实验结果表明,Gamma分布的形状和尺度参数均能快速收敛到稳态值,且以此得到各同质区域的Gamma分布曲线可以很好地拟合其直方图。通过对分割结果的定性和定量分析,可知提出算法具有有效性和可行性,且优于EM算法。     

利用光学遥感影像进行星载SAR影像正射纠正

基于角反射器点的正射纠正方法仅适用于局部区域的SAR影像,无法满足大区域生产和工程化需求的问题。本文采用有理函数模型（RFM）作为星载SAR几何模型,利用资源三号测绘卫星的数字表面模型（DSM）产品和数字正射影像图（DOM）,选取遥感13号SAR影像与资源三号光学影像的同名像点作为控制点,对遥感13号SAR影像进行了正射纠正,并与常规的基于角反射器点的正射纠正方法进行了对比分析。试验结果表明,针对平原地区的遥感13号SAR影像,在四角布设控制点的情况下,基于角反射器点的正射纠正方法比基于光学正射影像的正射纠正方法精度高,正射纠正精度分别优于2.5和4.5 m。     

基于可变形状参数Gamma分布的模糊聚类多视SAR图像分割

针对传统模糊聚类分割算法无法克服合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像中固有的斑点噪声问题, 提出了一种利用可变形状参数Gamma分布和邻域相关性的模糊聚类分割算法。可变形状参数Gamma分布用于建模多视SAR强度图像的斑点噪声, 并以其负对数作为特征场中像素与聚类间强度的相似性测度模型; 通过马尔可夫随机场(Markov random field, MRF)建立标号场中邻域像素的类属相关性模型; 在模糊聚类框架下, 以上述模型为基础构建模糊目标函数; 在目标函数最小化准则下, 求解最优结果。实验表明, 可变形状参数Gamma分布能够更加准确地拟合同质区域内像素强度的统计直方图。为有效求解包涵在Gamma函数内的形状参数, 采用牛顿迭代算法估计其数值解。对合成和真实多视SAR图像分别进行分割实验, 定性、定量分析的结果验证了本文算法的有效性。     

基于SAR的复杂城市环境的3D重建

本文应用SAR影像进行城市的3D重建。进行城市建模的数据来源通常是基于立体影像对或者机载激光扫描的密集点云,首先对本文主要工具SAR系统与这些标准机载数据进行比较。SAR影像采集的优势是不受地点和天气的影响,相比较低质量的几何的和无线电的数据,这是由于此系统具有侧视能力。航空影像或者LIDAR数据的低质量更增加了城市的自动3D数据采集的难度。基于这点,本文的方法是应用SAR影像进行变化检测和半自动建筑物的重建。为验证此方法,SAR模拟器结合已有3D矢量模型。用此方法,基于已有的3D城市模型模拟生成的SAR影像和真实影像用于变化检测。交互方式建立3D目标的形状,此3D目标的形状作为模拟器的输入数据,训练操作者解译SAR影像。另外,此方法还可以用于半自动的建筑物重建。     

基于Grab Cut和二维熵的SAR图像目标分割方法

传统的Grab cut算法需要人工交互操作,无法实现SAR图像的自动分割;且SAR图像的斑点噪声干扰容易降低图像的分割质量。针对以上问题,文中以Grab Cut图像分割算法为基础,首先利用FCM算法对SAR图像进行预分割,根据预分割结果标记SAR图像中的前景与背景集合,得到两组较为准确的GMM初始化参数,迭代求得能量函数的最小化,实现SAR图像前景区域与背景区域的自动分割;并结合二维熵算法滤除SAR图像中的阴影,分割出目标区域。实验表明,利用该方法可自动分割出SAR图像中的目标,且分割质量良好。     

单天线SAR运动舰船目标三维形状重构

基于单天线高分辨率机载SAR,研究了运动舰船目标三维形状重构问题。对运动舰船目标回波信号利用KEYSTONE变换和高阶相位拟合法完成距离徙动校正后,利用时频分析方法产生运动舰船目标二维图像序列,尝试着将因子分解法引入到SAR运动目标图像处理领域,通过因子分解法对二维图像序列进行处理,实现运动目标三维形状重构,最后给出了真实SAR数据的运动舰船目标三维重构结果,实验结果表明了该方法的有效性。     

合成孔径雷达基带数字信号源的设计与开发

基带数字信号源是合成孔径雷达 (SAR)系统中的关键设备 ,开发基带数字信号源对于满足SAR向多分辨率、多模式的发展具有重要的意义。随着SAR信号处理的完全数字化 ,基带数字信号源已经替代以往使用的声表面波器件 (SAW ) ,成为SAR数字线性调频产生单元的一部分 ,能够为雷达提供所需发射的各种波形信号。同时 ,面对复杂的SAR系统 ,如何测试和验证SAR设备的功能是开发人员所必须面对的重要环节。高速数字信号源的研制 ,对测试雷达视频信号处理设备有着十分重要的意义。该文首先简要介绍了数字信号源在SAR中的作用 ,然后 ,从理论上详细分析了基带数字线性调频信号的产生原理和设计过程 ;讨论并提出了数字信号源作为雷达视频信号处理测试设备的作用 ;给出了按照上述两种功能研制的高速基带数字信号源的性能、组成及其设计方案。     

基于边缘分析的海面溢油检测

提出一种基于边缘检测的快速溢油信息提取方法, 首先对溢油图像进行ROA(radio of average)边缘检测, 根据检测结果进行AOI(area of interest)提取, 然后使用改进的Weibull-CFAR检测算法对AOI进行溢油检测, 并与全局CFAR检测结果进行对比。实验结果证明, 所提出的方法对于非均匀灰度SAR图像溢油检测准确性较好、效率较高, 特别适用于大图像的快速溢油检测。     

单视SAR图像相干斑回波的特征分析与统计

高分辨率合成孔径雷达的相干斑是由雷达信号的干性引起的，并存在于所有相干图像中。根据SAR成橡机理，分析了产生的原因特征，给出了SAR相干斑的确切定义、统计方法。实验表明统计结果与传统方法相比更加精确。     

合成孔径雷达空间变迹带宽外推超分辨算法

提出一种变迹法带宽外推合成孔径雷达(SAR)超分辨率成像算法,可以提高合成孔径雷达成像分辨率并抑制旁瓣。利用空间变迹法(SVA)处理后的带宽扩展效应,对频谱进行幅度均衡使有效带宽扩展,并利用非整数倍Nyquist采样率空间变迹法对外推后的旁瓣抑制,得到输出的高分辨率图像。仿真实验和定量分析验证了本文方法的有效性。     

A Chirp Transform Algorithm for Processing Squint Mode FMCW SAR Data

Frequency-modulated continuous-wave (FMCW) synthetic aperture radar (SAR) is a lightweight cost-effective high-resolution airborne imaging radar. In squint case, the frequency scaling algorithm, which is suitable for processing nonchirped raw data, cannot be used directly in FMCW SAR data processing because of low system sampling frequency. On the other hand, the continuous antenna motion of FMCW SAR can cause serious distortions in the reconstructed images. In this letter, an improved algorithm called the chirp transform algorithm is proposed. When the effects of the residual video phase are negligible, the algorithm uses a chirp transform to perform the time scaling operation to alleviate the sampling frequency problem. It requires only fast Fourier transforms and multiplications. The range cell migration introduced by the continuous motion is also compensated completely in range-Doppler domain. The algorithm performances are analyzed and are supported by point target simulation experiments.     

Generation of wide-swath and high-resolution SAR images from multichannel small spaceborne SAR systems

Future spaceborne synthetic aperture radar (SAR) systems will be required to produce high-resolution imagery over a wide area of surveillance. However, the minimum antenna area constraint makes it a contradiction to simultaneously obtain both unambiguous wide-area and high azimuth resolution. To overcome this limitation, a technique has been suggested that combines a broad illumination source with multiple receiving channels. Then, the coherent combination of the recorded multichannel signals will allow for the unambiguous SAR mapping of a wide ground area with fine azimuth resolution. This letter first gives an overview of current research work carried out about the generation of wide-swath and high-resolution SAR images from multichannel small spaceborne SAR systems, and then a space-time adaptive processing (STAP) approach combined with conventional SAR imaging algorithms is presented, which could be of help to overcome the existing difficulties in data processing. The main idea of the approach is to use a STAP-based method to properly overcome the aliasing affect caused by the lower pulse repetition frequency and thereby retrieve the unambiguous azimuth wide (full) spectrum signal from the received signal. Following this operation, conventional SAR data processing tools can be applied to fully focus the SAR images. The performance of the approach is also discussed in this letter. The approach has the advantages of simplicity, robustness, and high efficiency.     

基线抖动对干涉SAR 相位的影响

提出并分析了基线抖动造成的干涉SAR 相位误差模型。基于干涉SAR 基线抖动模型, 分为水平抖动和 垂直抖动, 推导了存在基线抖动情况下辅天线复图像信号模型及基线抖动带来的干涉相位误差公式, 分析了基线 抖动对成像质量和干涉相位的影响, 针对SRTM 系统进行了计算机仿真。通过基于基线抖动的干涉SAR 原始回波 数据计算, 仿真了点目标和面目标场景的回波信号, 并进行成像得到了复图像和干涉条纹, 仿真结果验证了理论分 析的正确性。     

A Two-Dimensional Spectrum for General Bistatic SAR Processing

This letter derives a 2-D point target spectrum for general bistatic synthetic aperture radar (SAR). For the bistatic configuration, the contributions of the transmitter and the receiver to the overall instantaneous Doppler are unequal due to the different slant range histories. In this letter, an instantaneous Doppler contribution ratio is proposed to represent the difference between the instantaneous Doppler contributions of the transmitter and the receiver, which varies with instantaneous Doppler and range frequency. Then, the 2-D spectrum is obtained by using the stationary phase principle and Taylor series expansion for general bistatic SAR. The accuracy of the spectrum is verified with a point target simulation of different general bistatic configurations.      

提高INSAR干涉图质量的过采样方法

在对干涉图中频谱混叠噪声的成因及其影响进行深入分析的基础上,研究通过对原始影像频谱进行过采样来消除频谱混叠的方法;同时为了将过采样后的干涉图恢复到原始影像大小,又探讨了干涉图的欠采样理论,并推导出加权欠采样函数。实验结果表明,文中的过采样加权欠采样方法能有效消除干涉图中的频谱混叠噪声,经欠采样处理后的干涉图条纹边缘更加清晰,残余点数较原始干涉图减少90%以上。