FPGA实时多普勒中心频率估计

基于弹载合成孔径雷达(SAR)对成像精度、处理时间、资源使用效率和设备低功耗的更高要求,提出一种基于FPGA的多普勒中心频率估计方法,采用FPGA实现实时高精度多普勒中心频率估计。改进回波处理流程,在距离向脉冲压缩过程中,距离向脉冲压缩结束后即可完成多普勒中心频率估计,进行后续距离走动校正(RCMC),实现了SAR信号处理机的"零等待"。在算法实现过程中,提出了基于FPGA的流水线式相位解缠绕方法和基于最小二乘的参数曲线拟合算法,实现相位解缠绕的连续流水输出以及中心频率估计参数精确插值。通过试验验证,基于FPGA的多普勒中心频率估计方法,充分发挥了处理资源使用效率,使SAR信号处理机硬件相对以前减少80%以上,处理时间和频率估计精度均优于系统要求。     

机动飞行条件下基于SIFFBP算法的机载UWB SAR成像

机动飞行条件下,运动误差的幅度较大,频域运动补偿精度难以满足机载超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)高精度成像的要求,需要采用精确的时域后向投影(Back Projection,BP)算法,然而原始BP算法的巨大计算量限制了其实际应用。提出了一种基于子图像快速因式分解BP(Sub-image Fast Factorized BackProjection,SIFFBP)算法的机动飞行条件下机载UWB SAR成像方案,并对其子孔径和子图像划分的约束关系进行了推导,给出了算法步骤,并分析了算法的计算量。仿真和实测数据处理结果表明,SIFFBP算法能够在保证处理精度的同时,大幅度提高处理效率,非常适合于机动飞行条件下的机载UWB SAR成像处理。     

基于Frank序列优化的大斜视SAR信号设计

合成孔径雷达(SAR)基于距离压缩和方位压缩获得二维高分辨率,但应用于低飞大斜视平台时因飞行高度低、速度快和斜视角过大等因素难于获得良好成像性能。针对低飞大斜视SAR成像问题,从波形设计角度出发,基于循环算法对多相编码Frank序列优化,得到具有良好自相关特性的编码序列,在满足多普勒容限条件下,与合理的脉冲重复频率相结合,克服了多普勒模糊,提高了成像分辨率,实现了良好的成像性能。仿真分析证明优化后的Frank序列可应用于低飞大斜视SAR并提供良好成像性能。     

冲激SAR成像的分辨率估计

后向投影 (BP)算法是一种被广泛应用于冲激SAR的成像算法。当冲激SAR的发射信号是某一类冲激信号时 ,根据冲激SAR成像的特点 ,推导出BP算法的方位分辨率与成像积累角、信号中心频率的关系。仿真结果表明 ,在相当范围内 ,估计公式都是准确的     

条带式合成孔径雷达数字聚束算法

与聚束工作模式的合成孔径雷达 (SAR)相比 ,条带式SAR能够在相同时间内对更大范围的区域进行微波成像。但是在分析条带式SAR图像时 ,往往需要着重分析某些局部热点区域 (ROI ,Region-Of-Interest) ,而ROI外散射体的回波会降低ROI图像的对比度。本文的数字聚束 (Digitally -Spotlight)算法可以在成像前将ROI外的回波“过滤” ,实现等效的的聚束工作模式 ,从而提高SAR对比度。仿真验证了该算法的有效性。     

基于GPS信号的双基地SAR成像方法研究

对基于导航信号的合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)成像方法进行了研究,主要是在星载-机载双基地配置情况下,利用GPS(global posi-tioning system)卫星信号作为照射源,机载接收机接收点目标回波,通过距离向和方位向的压缩处理进行点目标成像。不同于线性调频信号,导航信号是扩频信号。研究了该信号的距离压缩方法,并给出一种方位压缩的实用方法,较好地达到方位压缩效果:利用Matlab工具进行了多点目标回波和成像算法的仿真。仿真结果表明:利用导航信号可以构成双基地SAR成像系统。     

UWB-SAR建模及波数域成像方法研究

本文首先简单地总结了UWB—SAR成像处理中的困难;然后根据其工作原理建立了适合于计算机仿真的回波信号模型;接着在介绍了波数域成像算法(ω—k算法)的原理之后,对其中存在的Stolt插值等问题进行了详细分析和深入探讨。在此基础上将该算法引用到UWB—SAR成像处理中,从理论上扼要地分析了其有效性;最后结合所建立的回波模型对ω—k算法进行了仿真,结果表明这种成像方法具有较好的聚焦效果。     

并轨双基合成孔径雷达ECS成像算法

为解决大斜视角情况下并轨模式的CS成像误差较大的问题,基于单基地非线性CS算法采用扩展CS算法对斜视目标成像实现了改进,克服了双基地回波数据二维频域变换的困难,对高阶的耦合性进行了补偿.通过仿真验证了在斜视条件下,ECS(extend CS)算法对双基地合成孔径雷达(BiSAR)数据成像的有效性.     

一种适用于 UWB-SAR 的实时成像算法

UWB-SAR系统较之常规SAR系统,成像所需计算量更为庞大,实时处理的实现更难.通过将子孔径思想应用于BP算法,给出了一种实用的实时成像算法(LocalBP算法),该算法同BP算法相比,成N×N点的图像,运算量可减少,同时该算法具有良好的并行及流水实现结构.     

基于高精度景象匹配的SAR平台定位方法研究

为了提高SAR平台定位精度，本文提出了一种基于景象匹配的SAR平台定位的方法。该方法利用成像中间时刻SAR平台与SAR图像中心线上物点共线的特性，先在图像中心线上均匀选取若干点作为匹配点，并与光学基准图进行高精度景象匹配获取它们的物点坐标；然后根据这些物点坐标估计出图像中心线在当地水平面投影的直线方程；最后利用直线信息和斜距高度信息计算SAR平台在水平面上的投影点位置，进而计算得到成像中间时刻SAR平台的空间位置。为了进一步提高匹配精度，分别提出了对正侧视和斜视SAR图像匹配区域进行几何粗校正的方法。本文还分析了不同误差因素对平台定位精度的影响，并给出了精度估计公式。仿真和实际图像实验结果表明，本文方法正确可行，具有较高的定位精度，具备工程实用价值。     

一种改进方位向非线性CS大斜视角SAR成像算法

大斜视角SAR成像时存在严重的距离走动现象,慢时域的距离走动校正在解决这一问题同时导致了聚焦深度问题.分析了二维频域解耦合后残余相位误差以及时域走动校正后的多普勒调频率误差,提出一种改进的方位向非线性CS算法,校正了三次以上距离迁徙带来的相位误差,同时采用改进非线性CS扰动方程补偿了随方位偏移量线性变化的调频率误差.仿真结果表明,改进算法的大斜视角大场景成像性能优于传统的高分辨大斜视角成像算法.     

基于高精度景象匹配的SAR平台定位方法

提出一种利用SAR图像与光学基准图高精度匹配实现SAR平台定位的方法。利用成像中间时刻SAR平台与SAR图像中心线上物点在水平面的投影共线的特性,在图像中心线上均匀选取若干点作为匹配点,并与光学基准图进行高精度景象匹配获取它们的物点坐标;根据这些物点坐标估计出图像中心线在当地水平面投影的直线方程;利用直线信息和斜距高度信息计算SAR平台在水平面上的投影点位置,进而计算得到成像中间时刻SAR平台的空间位置。为了进一步提高匹配精度,分别提出对正侧视和斜视SAR图像匹配区域进行几何粗校正的方法。还分析了不同误差因素对平台定位精度的影响,并给出精度估计公式。仿真和实际图像实验结果表明,方法正确可行,具有较高的定位精度,具备工程实用价值。     

机载UWB SAR实时信号处理算法研究

机载超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)实时信号处理具有大数据量、大计算量等特点。用于实时信号处理的NCS算法需要较大的存储空间,针对这个问题,提出了改进的NCS算法,减小实时成像处理对存储空间的要求。同时,给出了UWB SAR实时信号处理的流程,分析了前向速度误差对成像质量的影响,推导了在改进NCS算法中基于测量数据的视线误差补偿的性能,采用仿真数据和实测数据对整个系统的性能进行了验证。     

毫米波高分辨SAR成像算法性能分析

为了研究SAR成像算法在毫米波段的处理性能,以点目标回波信号模型为基础,对几种经典SAR成像算法进行了推导,分析了各算法近似处理引入的误差。仿真结果表明,在高分辨毫米波SAR成像中,RD算法和CS算法存在大于1/4波长的相位误差,NCS算法相位误差小于1/4波长。研究结果可为毫米波高分辨SAR成像系统中成像算法的选择提供参考。     

混沌信号在弹载雷达成像中的应用

传统的线性调频信号在雷达成像中存在旁瓣电平过高,参数容易被截获等缺点。为了提高成像雷达的抗干扰性能和分辨能力,将混沌调频信号用于弹载成像雷达系统,建立了SAR工作的空间几何模型,在此基础上分析了回波特性,并对点目标进行了成像仿真,重点对成像性能进行了分析。结果表明,混沌调频信号用于弹载成像雷达系统可获得比较理想的点目标图像,使系统具有强抗干扰性能,有着良好的发展前景。     

BP成像算法的快速实现

BP (Back Projection)算法是一种被广泛应用的SAR成像算法 ,它的突出优点是解决了大积累角情况下不可避免的距离迁移 (rangemigration)问题。但由于计算量过大 ,使得它往往成为提高信号处理效率的瓶颈。本文充分利用轨道SAR地面实验中雷达运动轨迹的特点 ,通过消除BP算法中计算的冗余性 ,极大地降低了计算负担 ,提高了成像速度。本算法在实际应用中取得了良好效果     

SAR成像末制导交接班问题研究

将SAR成像末制导划分为4个阶段,建立了交接班问题的弹目几何模型,分析了交接班满足的2个条件,即目标被可靠检测和成像斜视角要求;设计了成像交接班转弯弹道,分析了导弹横向机动加速度和预置的成像前置角对交接班耗用时间的影响;采用三维制导律研究了SAR成像到前向打击的交接班,分析了SAR成像时间对总制导时间的影响.仿真结果表明,合理设置成像斜视角,提高聚束SAR成像的检测概率,增大交接班时导弹横向加速度,可有效提高成像交接班成功率;SAR成像时间越长,对目标识别越有利,同时也使末端攻击弹道曲率越大,SAR末制导总的攻击时间越长.     

多成像模式下舰船目标SAR成像仿真

针对典型工作模式下舰船目标SAR(synthetic aperture radar)成像仿真应用,建立了条带模式、聚束模式、扫描模式下电磁信号发射与回波传输模型.基于面元法将舰船目标三维模型划分为多个三角形面元,利用弹跳射线法计算舰船目标各面元的一次散射和多次散射,仿真SAR回波信号.采用距离多普勒成像算法消除回波混叠...     

一种适合GEOSAR成像改进的快速BP算法

针对原始BP算法计算量大的问题,根据地球同步轨道SAR合成孔径时间长,利于子孔径处理的特点,结合子孔径成像算法和去冗余BP算法提出了一种改进的快速BP算法,该算法在子孔径内就进行去冗余运算,相当于对一个合成孔径做了2次的子孔径划分,综合利用了两者运算速度使算法的速度进一步得到提高。仿真结果表明该算法极大提高了运算速度,也能实现良好聚焦,使得该算法更好地在工程上实现。     

基于调频傅里叶变换的高速目标ISAR距离像算法

在大时宽带宽线性调频(LFM)体制高分辨逆合成孔径(ISAR)雷达中,目标高速运动将引起严重的回波多普勒色散,如果不消除该影响则不能正确成像。针对该问题,设计了一种通过调频傅里叶变换对目标脉内运动参数进行估计,补偿回波脉内走动得到目标距离像的方法。该方法首先估计脉内运动参数,初步补偿脉内走动,然后估计运动轨迹进一步精确补偿脉内走动,补偿脉内走动后通过包络对齐消除脉间走动,得到目标距离像。算法的主要过程在脉冲重复周期内进行,可以满足实时成像和参数估计的需求。