Sentinel-1A卫星TOPS模式数据干涉处理

TOPS成像模式通过在方位向和距离向联合调整波束姿态来实现宽幅成像。与条带模式不同,该模式在成像过程中每组Burst多普勒中心频率在方位向发生变化,干涉处理重采样时精确获取每个采样单元的多普勒中心频率是本文研究的重点。因此本文采用意大利那波里地区Sentinel-1A卫星数据进行了试验,首先采用联合估计方法有效计算出了多普勒中心频率,再调制插值核,进而获得了干涉处理结果,最后参考零多普勒时间进行Burst干涉图间的拼接,获得了更大范围的干涉图。     

RADARSAT-2卫星TOPS模式影像干涉处理

宽幅干涉(terrain observation by progressive scans,TOPS)模式方位向多普勒中心频率的变化导致了干涉图相位的相对扭曲,干涉处理时需要较高的配准精度。加拿大合成孔径雷达遥感卫星(RADARSAT-2)TOPS模式影像由于轨道精度较差,几何配准精度过低,导致其干涉配准较哨兵合成孔径雷达遥感(Sentinel-1)卫星更加复杂。为了实现该卫星TOPS模式影像的干涉处理,首先采用相关配准、谱分集方法依次对几何配准结果进行校正,然后利用增强谱分集进行方位向偏移量矫正。由于依靠卫星星历参数和聚焦成像参数的多普勒中心估计方法精度有限,因此提出了采用相位增量法优化多普勒中心估计结果,并通过影像方位线功率谱检验了估计的多普勒中心。     

基于相对方位元素的核线影像生成方法

提出一种对已知相对方位元素的立体影像实施灰度重采样生成核线影像对的方法,对连续像对相对方位元素和独立像对方位元素建立核线影像的理论公式进行了推导,建立了核线影像和原始影像的坐标变换关系;为了提高核线影像建立的效率,在进行核线重采样时,提出分块读写影像的方法。实验表明,建立的核线影像上下视差在亚像素水平,核线影像坐标反算后与原始影像的坐标平均差只有0.000 3个像素,完全可以满足摄影测量立体观测的要求。     

InSAR干涉像对的方位向频谱滤波

干涉图的质量是影响InSAR数据处理结果的重要因素。根据干涉图中噪声的不同来源,重点分析了在重复轨道干涉测量模式下,主辅影像多普勒中心频率不一致的成因及其对干涉图的影响。利用SAR影像方位向频谱的特点,在影像上检测得到了多普勒中心频率。并推导了方位向频谱预滤波函数的具体形式。针对ERS数据的实验证明:文中的算法能有效消除主辅影像方位向频谱包络的差异,提高干涉像对的相干性,改善干涉图质量。     

InSAR干涉像对的方位向频谱滤波

干涉图的质量是影响InSAR数据处理结果的重要因素.根据干涉图中噪声的不同来源,重点分析了在重复轨道干涉测量模式下,主辅影像多普勒中心频率不一致的成因及其对干涉图的影响.利用SAR影像方位向频谱的特点,在影像上检测得到了多普勒中心频率.并推导了方位向频谱预滤波函数的具体形式.针对ERS数据的实验证明:文中的算法能有效消除主辅影像方位向频谱包络的差异,提高干涉像对的相干性,改善干涉图质量.     

精密轨道支持下的哨兵卫星TOPS模式干涉处理

哨兵卫星采用TOPS模式成像,为确保影像干涉相位偏差小于3°,方位向配准精确度需达到0.001个像素。本文论证了哨兵卫星精密轨道条件下进行几何配准即可达到较高的配准精度,满足增强谱分集进行方位向残余偏移量估计的前提条件,并基于DORIS软件实现哨兵卫星TOPS模式影像的几何配准和增强谱分集优化配准处理。地表方位向形变等信号可导致Burst干涉图之间发生相位跳变,并对增强谱分集估计几何配准残余偏移量时产生干扰,本文开展了相关的理论分析和数据处理试验,提出粗差探测方法消除相位跳变对增强谱分集配准的干扰。     

一种采用基础矩阵描述的核线影像生成方法

设计了一种采用基础矩阵的立体像对核线影像制作方法,由基础矩阵来描述影像间的相对方位关系,避免了相对定向过程中复杂的迭代过程。通过稀疏匹配获取高精度的同名点,由基础矩阵确定每组同名点对应的同名核线,根据核线必相交于核点的原理,采用最小二乘法确定左右影像的核点坐标;然后根据核点坐标完成影像间核线的快速映射,沿核线方向采用双线性内插法进行核线重采样,完成核线影像制作。采用多组影像进行核线影像制作实验,对生成的核线影像进行同名特征点提取与匹配,结果表明采用该方法制作的核线影像上下视差较小,验证了方法的有效性。     

基于几何配准的多模式SAR影像配准及其误差分析

星载合成孔径雷达影像干涉处理时所需方位向配准精度因成像模式的差异而有所不同,目前在精密轨道条件下以几何配准为基础辅以影像信息的配准方案因其严格的理论模型和较高的精度成为干涉处理的首选。本文以TerraSAR-X影像为例,论证了不同成像模式影像所需的配准精度和卫星轨道精度,并通过理论分析和试验证明了精密轨道条件下,利用几何配准即可满足TerraSAR-X等卫星的条带模式影像干涉处理的需要;聚束模式影像需要在几何配准的基础上利用影像相干性或谱分集进一步优化配准结果。鉴于增强谱分集偏移量估计精度最高,本文进一步利用增强谱分集对比分析了不同轨道不同DEM条件下的几何配准误差。研究结果表明:卫星轨道切向误差是几何配准的主要误差源,目前常用3种DEM几何配准差异远小于0.001个像素,均可满足Sentinel-1影像干涉配准的需要。     

基于POS数据的核线影像生成方法

提出一种对已知外方位元素的立体影像实施灰度重采样生成核线影像对的方法,推导了核线影像与原始影像之间的严密几何关系,并利用一组摄于某山区的1∶3 000比例尺实际航空影像验证了所建立几何关系的正确性和方法的可行性.试验表明,利用光束法区域网平差和经检校后的POS影像外方位元素生成的核线影像对与基于常规相对定向方法所生成的核线影像对具有相同的质量,同名点的上下视差在1像元以内,完全可以满足摄影测量立体观测的要求;而采用未经检校的POS影像外方位元素所生成的同名核线影像对带有约70像元的上下视差,无法用于立体观测.     

一种顾及相干性的星载干涉SAR成像算法

在分析相干性与多普勒中心频率差之间关系的基础上,提出了一种顾及相干性的星载干涉SAR成像算法。在成像处理中,针对待干涉成像的SAR回波信号选择一致化的成像参数,充分保证干涉SAR复数影像对之间的相干性,进而得到高质量的干涉图。实验结果表明,所提出的成像算法更适用于雷达干涉测量(InSAR)的研究及应用。     

Total zero Doppler Steering-a new method for minimizing the Doppler centroid

This letter presents a new method, called total Zero Doppler steering, to perform yaw and pitch steering for spaceborne synthetic aperture radar (SAR) systems. The new method reduces the Doppler centroid to theoretically 0 Hz, independent of the range position of interest. Residual errors are only due to pointing inaccuracy or due to approximations in the implementation of the total zero Doppler steering law. This letter compares the new method with currently applied methods. The attitude angles and the residual Doppler centroid frequencies are calculated and depicted exemplarily for the parameters of TerraSAR-X, for which the new method will be implemented and used. The new method provides a number of advantages. The low residual Doppler centroid and the reduced variation of the Doppler centroid over range allow a more accurate Doppler centroid estimation. Due to the low residual Doppler centroid, the synthetic aperture radar (SAR) processing can be alleviated, since the range cell migration is reduced and the Doppler frequencies are low. This facilitates the use of very efficient processing algorithms, which are based on approximations whose quality is better for low Doppler frequencies. The new method will furthermore optimize the overlap of the azimuth spectra of SAR image pairs for cross-track interferometry. Low Doppler centroids will also reduce the impact of coregistration errors on the interferometric phase. Furthermore, scalloping corrections in the ScanSAR processing are alleviated due to the low variation of the Doppler centroid over range.     

A Keystone Transform Without Interpolation for SAR Ground Moving-Target Imaging

Synthetic aperture radar (SAR) image formation for a ground moving target necessitates the compensation of the unknown target trajectory. The keystone transform has been employed to remove the linear component of the range migration for the moving target, where interpolation is required. In this letter, a realization of the keystone transform avoiding interpolation is presented. The kernel of this transform, i.e., the range-frequency-dependent azimuth time rescaling, is implemented using only complex multiplications and fast Fourier transforms based on the scaling principle, which has been successfully applied in the equalization of the space-variant range cell migration in SAR processing. In addition, the moving target is coarsely focused according to the SAR geometry and the platform velocity while exploiting the scaling principle. This preliminary focusing is helpful in the isolation of the moving target from ground clutter, so as to facilitate a more refined processing with respect to each mover. SAR raw data combined with simulated echoes of moving targets are utilized to validate the presented approach     

Map Drift算法在实时成像处理器中的应用

随着计算机技术的发展，实时成像处理器技术的成熟，不但处理数据量越来越大，而且对成像质量要求也越来越高，实时成像处理中需要有自动聚焦算法。但是由于实时成像处理器的特殊结构和实时性要求，需要算法的计算量不能太大、不能太不确定。因此并不是所有的算法都适合用于实时处理。 主要介绍Map Drift算法的原理和实现步骤以及在实时成像处理器中的应用。文中对适合于实时成像处理器中应用的公式进行了推导，得到频域二次相位误差系数和相关峰位置的线性关系，并利用该关系在频域进行相位补偿，有效缩减迭代次数。利用一种插值来计算相关峰位置的方法，消除了离散化计算相关峰位置所带来的量化误差的影响，并在迭代过程中改进二次相位误差系数和相关峰位置关系的系数，对减少迭代次数，提高估计精度有一定帮助。最后给出仿真结果，验证算法的正确性。     

星载SAR成像参数联合估计方法

通信系统的不可靠性会造成SAR卫星下发数据出现误码或丢失,从而导致几何参数的解译、计算出现较大的误差或者缺失,限制了SAR数据成像处理及后续利用。针对该问题,提出一种基于回波数据的成像参数联合估计方法。首先通过回波数据进行多普勒中心频率估计和多普勒调频斜率估计;然后,根据SAR多普勒参数特性,建立多普勒参数与几何参数之间的超定方程组,并利用多普勒参数估计值求解方程组反演几何参数;最后,利用多普勒参数估计值和几何参数估计值完成SAR数据成像处理。实验结果表明,本文方法可以获得可靠的多普勒参数估计值和几何参数估计值,从而有效地解决像参数欠缺情况下的星载SAR成像处理问题。     

机载双基地SAR实测数据成像

建立双基地SAR的单基地等效模型,分析了系统时间同步误差的机理;提出了双基地SAR回波中的直达波数据进行时间同步误差校正的算法;在双基地SAR单站等效模型的基础上,利用时变阶梯变换算法进行成像处理。经过理论分析,实测数据处理验证,这一算法是有效的,能够校正双基地SAR时间同步误差,较好地进行实测数据的成像处理。     

机载SAR影像主动定位的数学模型研究

本文基于差分GPS(Differential Global Positioning System,DGPS)和惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)数据,在无控制点的情况下,导出了一种进行机载SAR影像主动定位的数学模型。此模型包括DGPS/INS数据进行坐标系转换、天线动态偏心改正、雷达天线相位中心插值和距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)模型及解算。根据距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)模型和数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)数据,获得机载SAR影像上每点所对应的地理坐标,重采样生成正射影像图。本文通过成都测区1m分辨率的机载SAR影像主动定位试验,验证了此数学模型的正确性,分析了主要系统误差源及系统误差的改正方法。     

Spaceborne Bistatic SAR Processing Using the EETF4 Algorithm

In this letter, the fourth-order extended exact transfer function (EETF4) is adapted for spaceborne bistatic synthetic aperture radar (SAR) processing. The problems with high squint and large bistatic Doppler centroid variations are analyzed, and it is shown that if both transmitter and receiver are highly squinted in the same direction, then it may be demanding to achieve perfect quality of the point targets. It is shown that if both transmitter and receiver have high squint in opposite directions with small Doppler centroid variations, then the SAR image can be processed very precisely.     

余弦调相散射波干扰对SAR双通道对消干扰抑制的影响

作为多通道合成孔径雷达(SAR)的一种高效便捷的抗干扰方法,SAR多通道对消技术可有效抑制包括散射波干扰在内的多种干扰类型,于是提出采用方位向余弦调相散射波干扰方法来对抗SAR双通道对消的干扰抑制能力。该方法通过对传统散射波干扰慢时间域进行余弦调相,不仅实现了干扰信号的方位向扩展,更使得干扰信号到达各通道之间的相位关系发生严重改变。这种相位差变化会影响干扰对消过程中的自动相位搜索环节,扰乱对消时所需补偿相位的估计结果,进而严重破坏对消后的真实场景成像。以SAR双通道对消系统为例分析了该干扰方法的影响效果,理论分析与实验结果表明:余弦调相散射波干扰可使得补偿相位的估计结果在慢时间上近似正弦分布;在双通道对消成像中,该干扰使得真实场景在方位向上被重复搬移,造成严重的影像重叠,同时在方位向上伴随着密集的明暗条纹;干扰效果可通过设定余弦调制频率、调制指数等参数进行控制。