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对于合成孔径雷达(SAR)图像,传统的超分辨重建方法对视觉特征的人为构造十分依赖,基于普通卷积神经网络(CNN)的超分辨重建方法对微小目标的重建能力较弱,对边缘轮廓的保真度较差。针对以上问题,该文提出一种基于特征复用的膨胀-残差卷积超分辨网络模型,同时引入感知损失,实现了精确的SAR图像4倍语义级超分辨。该方法为增加网络感受野,采用膨胀-残差卷积(DR-CNN)结构用于限制模型中特征图分辨率的严重损失,提高网络对微小细节的敏感度;为实现不同层级的特征最大化利用,将不同层级的特征图进行级联,形成一种特征复用结构(FRDR-CNN),以此大幅度提升特征提取模块的效率,进一步提升超分辨精度;针对SAR图像特殊的相干斑噪声干扰,引入感知损失,使得该方法在恢复图像边缘和精细的纹理信息方面具有优越表现。文中实验表明,与传统算法以及目前较为流行的几种全卷积神经网络超分辨重建算法相比,该文采用的FRDR-CNN模型在视觉上对小物体的超分辨重建能力更强,对边界等轮廓信息的重建更准确,客观指标中的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性指数(SSIM)分别为33.5023 dB和0.5127,边缘保持系数(EPD-ROA)在水平和垂直方向上分别为0.4243和0.4373。 对于合成孔径雷达(SAR)图像,传统的超分辨重建方法对视觉特征的人为构造十分依赖,基于普通卷积神经网络(CNN)的超分辨重建方法对微小目标的重建能力较弱,对边缘轮廓的保真度较差。针对以上问题,该文提出一种基于特征复用的膨胀-残差卷积超分辨网络模型,同时引入感知损失,实现了精确的SAR图像4倍语义级超分辨。该方法为增加网络感受野,采用膨胀-残差卷积(DR-CNN)结构用于限制模型中特征图分辨率的严重损失,提高网络对微小细节的敏感度;为实现不同层级的特征最大化利用,将不同层级的特征图进行级联,形成一种特征复用结构(FRDR-CNN),以此大幅度提升特征提取模块的效率,进一步提升超分辨精度;针对SAR图像特殊的相干斑噪声干扰,引入感知损失,使得该方法在恢复图像边缘和精细的纹理信息方面具有优越表现。文中实验表明,与传统算法以及目前较为流行的几种全卷积神经网络超分辨重建算法相比,该文采用的FRDR-CNN模型在视觉上对小物体的超分辨重建能力更强,对边界等轮廓信息的重建更准确,客观指标中的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性指数(SSIM)分别为33.5023 dB和0.5127,边缘保持系数(EPD-ROA)在水平和垂直方向上分别为0.4243和0.4373。
地基雷达是近20几年逐渐发展成熟的微波遥感成像技术,目前已广泛应用于滑坡、崩塌等地质灾害的监测中。地基雷达通过干涉测量原理可以监测到目标区域发生的微小形变,然而受人为因素、地质因素、气象因素等影响,导致雷达图像失相干严重,给长期定量化监测带来较大的难度。因此,迫切需要在定量监测的基础上,进一步开展变化检测方面的应用,为长期全面了解监测区域的动态变化提供有效信息。针对上述问题,该文提出了一种基于改进的模糊C均值聚类(FCM)算法对地基雷达图像进行无监督变化检测,该方法首次利用相干系数图和均值对数比值图进行非下采样轮廓波变换(NSCT)和局部能量法得到合成差异图,然后利用主成分分析(PCA)提取合成差异图中每个像素的特征向量,根据地基雷达图像特点对FCM进行改进,通过改进的FCM对每个像素的特征向量进行聚类得到最终的变化检测结果。利用地基雷达LSA对中国西南某省出现的堰塞体的治理过程进行监测,获取监测区域的地基雷达图像,监测过程中受降水等影响监测体出现滑坡,使用该文方法对其进行变化检测,结果表明该文方法更容易进行聚类分割,变化检测结果在保留变化区域的同时噪声点明显减少。 地基雷达是近20几年逐渐发展成熟的微波遥感成像技术,目前已广泛应用于滑坡、崩塌等地质灾害的监测中。地基雷达通过干涉测量原理可以监测到目标区域发生的微小形变,然而受人为因素、地质因素、气象因素等影响,导致雷达图像失相干严重,给长期定量化监测带来较大的难度。因此,迫切需要在定量监测的基础上,进一步开展变化检测方面的应用,为长期全面了解监测区域的动态变化提供有效信息。针对上述问题,该文提出了一种基于改进的模糊C均值聚类(FCM)算法对地基雷达图像进行无监督变化检测,该方法首次利用相干系数图和均值对数比值图进行非下采样轮廓波变换(NSCT)和局部能量法得到合成差异图,然后利用主成分分析(PCA)提取合成差异图中每个像素的特征向量,根据地基雷达图像特点对FCM进行改进,通过改进的FCM对每个像素的特征向量进行聚类得到最终的变化检测结果。利用地基雷达LSA对中国西南某省出现的堰塞体的治理过程进行监测,获取监测区域的地基雷达图像,监测过程中受降水等影响监测体出现滑坡,使用该文方法对其进行变化检测,结果表明该文方法更容易进行聚类分割,变化检测结果在保留变化区域的同时噪声点明显减少。
基于光学和合成孔径雷达(SAR)图像融合的洪灾区域检测方法可以全天候、高时效地检测洪灾区域。由于SAR图像中存在大量随机分布的相干斑噪声,传统洪灾区域检测方法的检测结果存在较高的虚警率。该文在模糊C均值聚类方法(FCM)的基础上提出了分级聚类算法(H-FCM),该方法将洪灾后的SAR图像与洪灾前的光学图像融合。基于融合图像,该方法利用提出的分级聚类模型获得洪灾区域的初步检测结果。此外,该算法在利用所提出的区域生长算法获得洪灾前河流位置后,将其作为初步检测结果的空间约束,进一步筛除疑似洪灾区域,并显著地提升了检测性能。该文的实验数据包括1999年英国格洛斯特洪灾前后的遥感图像和2019年中国南昌洪灾前后的遥感图像。通过对比实验,H-FCM算法的有效性得到验证。 基于光学和合成孔径雷达(SAR)图像融合的洪灾区域检测方法可以全天候、高时效地检测洪灾区域。由于SAR图像中存在大量随机分布的相干斑噪声,传统洪灾区域检测方法的检测结果存在较高的虚警率。该文在模糊C均值聚类方法(FCM)的基础上提出了分级聚类算法(H-FCM),该方法将洪灾后的SAR图像与洪灾前的光学图像融合。基于融合图像,该方法利用提出的分级聚类模型获得洪灾区域的初步检测结果。此外,该算法在利用所提出的区域生长算法获得洪灾前河流位置后,将其作为初步检测结果的空间约束,进一步筛除疑似洪灾区域,并显著地提升了检测性能。该文的实验数据包括1999年英国格洛斯特洪灾前后的遥感图像和2019年中国南昌洪灾前后的遥感图像。通过对比实验,H-FCM算法的有效性得到验证。
该文提出了一种在多普勒频谱模糊情况下的星载方位向多通道高分宽幅合成孔径雷达地面运动目标检测(SAR-GMTI)系统的杂波抑制方法。首先,利用方位解线性调频对方位向多通道(HRWS) SAR-GMTI系统中的回波进行处理,得到杂波和动目标的粗聚焦图像。然后,将多通道SAR系统的粗聚焦图像表示为矩阵形式,并估计出相应的协方差矩阵。之后,用杂波协方差矩阵构造杂波空间的正交矢量,即最小特征值对应的特征向量。该方法需要一个冗余的通道自由度。由于杂波空间的正交矢量与杂波空间向量是正交的,因此可以用来抑制杂波。最后,通过仿真和实测数据实验结果验证该文所提杂波抑制方法的有效性。 该文提出了一种在多普勒频谱模糊情况下的星载方位向多通道高分宽幅合成孔径雷达地面运动目标检测(SAR-GMTI)系统的杂波抑制方法。首先,利用方位解线性调频对方位向多通道(HRWS) SAR-GMTI系统中的回波进行处理,得到杂波和动目标的粗聚焦图像。然后,将多通道SAR系统的粗聚焦图像表示为矩阵形式,并估计出相应的协方差矩阵。之后,用杂波协方差矩阵构造杂波空间的正交矢量,即最小特征值对应的特征向量。该方法需要一个冗余的通道自由度。由于杂波空间的正交矢量与杂波空间向量是正交的,因此可以用来抑制杂波。最后,通过仿真和实测数据实验结果验证该文所提杂波抑制方法的有效性。
距离徙动算法(RMA)作为一种合成孔径雷达(SAR)频域成像算法,理论上能够达到最优性能。然而,该算法采用逐像素点卷积运算实现Stolt映射,其计算效率无法满足SAR大数据量处理需求。据此,该文提出基于尺度变换原理(PCS)的RMA成像算法。首先,将SAR回波数据沿距离向进行划分,利用子带参考距离处2阶距离方位耦合项与高阶项对子带信号进行补偿;然后,转化非线性Stolt映射为线性形式;最后,利用PCS原理实现Stolt插值,以实现高效率的数据重采样。所提PCS-RMA算法仅利用快速傅里叶变换和复矢量相乘操作即可实现改进型Stolt映射,兼具良好的聚焦性能与较高的计算效率。基于多组仿真数据与X波段1.2 GHz带宽的机载SAR实测数据处理结果,验证了所提算法的有效性,同时该算法可进一步应用于弹载/星载/无人机载SAR数据的快速成像处理。 距离徙动算法(RMA)作为一种合成孔径雷达(SAR)频域成像算法,理论上能够达到最优性能。然而,该算法采用逐像素点卷积运算实现Stolt映射,其计算效率无法满足SAR大数据量处理需求。据此,该文提出基于尺度变换原理(PCS)的RMA成像算法。首先,将SAR回波数据沿距离向进行划分,利用子带参考距离处2阶距离方位耦合项与高阶项对子带信号进行补偿;然后,转化非线性Stolt映射为线性形式;最后,利用PCS原理实现Stolt插值,以实现高效率的数据重采样。所提PCS-RMA算法仅利用快速傅里叶变换和复矢量相乘操作即可实现改进型Stolt映射,兼具良好的聚焦性能与较高的计算效率。基于多组仿真数据与X波段1.2 GHz带宽的机载SAR实测数据处理结果,验证了所提算法的有效性,同时该算法可进一步应用于弹载/星载/无人机载SAR数据的快速成像处理。
航迹起始是群目标跟踪的首要环节,其性能好坏直接影响着目标跟踪航迹的质量。传统的群目标航迹起始方法仅利用目标的位置信息完成分群检测和等效量测求解等步骤,没有充分利用回波幅度信息,存在分群检测不理想、等效量测求解不准确等问题,有可能引起失跟现象。针对此问题,该文提出一种回波幅度信息辅助的群目标航迹起始方法。首先利用目标位置信息和幅度信息完成分群检测,然后综合采用幅度加权和位置加权求解等效量测,最后基于修正的逻辑法进行群目标航迹起始。该文方法在分群检测和求解等效量测等步骤充分利用了回波幅度信息,不仅可以在集群数量未知的情况下正确划分群,而且降低了失跟率,提高了群目标的跟踪性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。 航迹起始是群目标跟踪的首要环节,其性能好坏直接影响着目标跟踪航迹的质量。传统的群目标航迹起始方法仅利用目标的位置信息完成分群检测和等效量测求解等步骤,没有充分利用回波幅度信息,存在分群检测不理想、等效量测求解不准确等问题,有可能引起失跟现象。针对此问题,该文提出一种回波幅度信息辅助的群目标航迹起始方法。首先利用目标位置信息和幅度信息完成分群检测,然后综合采用幅度加权和位置加权求解等效量测,最后基于修正的逻辑法进行群目标航迹起始。该文方法在分群检测和求解等效量测等步骤充分利用了回波幅度信息,不仅可以在集群数量未知的情况下正确划分群,而且降低了失跟率,提高了群目标的跟踪性能。仿真结果验证了所提方法的有效性。
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综述
星载合成孔径雷达(SAR)以卫星等空间飞行器为运动平台,具有全天时、全天候、全球观测能力,已成为一种不可或缺的对地观测手段。当前,我国星载SAR已实现分辨率从米级到亚米级、系统体制从正侧视条带向方位扫描聚束、从单通道向多通道、极化方式从单一极化到全极化的技术跨越。随着技术的不断进步,未来星载SAR将在体制、概念、技术、模式等方面取得突破,包括高分辨率宽幅成像、多基地、轻小型化、智能化等,从而不断拓展星载SAR的观测维度,实现多维度信息获取。该文将围绕星载SAR的技术发展趋势展开论述。 星载合成孔径雷达(SAR)以卫星等空间飞行器为运动平台,具有全天时、全天候、全球观测能力,已成为一种不可或缺的对地观测手段。当前,我国星载SAR已实现分辨率从米级到亚米级、系统体制从正侧视条带向方位扫描聚束、从单通道向多通道、极化方式从单一极化到全极化的技术跨越。随着技术的不断进步,未来星载SAR将在体制、概念、技术、模式等方面取得突破,包括高分辨率宽幅成像、多基地、轻小型化、智能化等,从而不断拓展星载SAR的观测维度,实现多维度信息获取。该文将围绕星载SAR的技术发展趋势展开论述。
SAR作为一种主动式微波成像传感器,以其全天时、全天候、作用距离远等独特的技术优势,成为当前对地观测的主要手段之一,在军事和民用领域发挥着十分重要的作用。随着SAR遥感技术的发展,高分辨率、高质量的SAR图像不断产生,仅依靠人工手段对感兴趣的目标进行检测、识别费时费力,因此亟需发展SAR自动目标识别(ATR)技术。典型的SAR ATR系统主要包括检测、鉴别、分类/识别3个阶段,其中,检测和鉴别阶段是整个SAR ATR系统的基础,是国内外雷达界一直开展的SAR应用基础研究之一。针对单通道SAR图像,简单场景下目标检测与鉴别已经取得了不错的结果;而在复杂场景下,杂波散射强度相对高、杂波背景非均匀和目标散射强度相对弱、分布密集等情况,使得SAR目标检测和鉴别依然是一个难点。该文对近十年左右复杂场景下单通道SAR目标检测及鉴别方法的研究进展进行了归纳总结,并分析了各类方法的特点及存在的问题,展望了未来复杂场景下单通道SAR目标检测与鉴别方法的发展趋势。 SAR作为一种主动式微波成像传感器,以其全天时、全天候、作用距离远等独特的技术优势,成为当前对地观测的主要手段之一,在军事和民用领域发挥着十分重要的作用。随着SAR遥感技术的发展,高分辨率、高质量的SAR图像不断产生,仅依靠人工手段对感兴趣的目标进行检测、识别费时费力,因此亟需发展SAR自动目标识别(ATR)技术。典型的SAR ATR系统主要包括检测、鉴别、分类/识别3个阶段,其中,检测和鉴别阶段是整个SAR ATR系统的基础,是国内外雷达界一直开展的SAR应用基础研究之一。针对单通道SAR图像,简单场景下目标检测与鉴别已经取得了不错的结果;而在复杂场景下,杂波散射强度相对高、杂波背景非均匀和目标散射强度相对弱、分布密集等情况,使得SAR目标检测和鉴别依然是一个难点。该文对近十年左右复杂场景下单通道SAR目标检测及鉴别方法的研究进展进行了归纳总结,并分析了各类方法的特点及存在的问题,展望了未来复杂场景下单通道SAR目标检测与鉴别方法的发展趋势。
极化信息能丰富合成孔径雷达(SAR)数据的信息量,在农业、环境、海洋、森林、军事等领域取得了广泛的应用,但同时也面临分辨率较低、幅宽较小的问题,带来较高的应用成本。简缩极化SAR(CP SAR)作为一种能同时获取较为丰富的地表信息并实现较大幅宽观测的极化SAR模式,在过去十余年中引起了科研人员的广泛关注。随着印度RISAT-1卫星的成功发射,简缩极化SAR在一系列应用研究中取得了新进展。该文简要介绍了简缩极化SAR的经典数据处理方法,总结了近十余年来简缩极化SAR在农业和海洋应用领域的主要研究成果,最后对其发展方向进行了分析与展望。 极化信息能丰富合成孔径雷达(SAR)数据的信息量,在农业、环境、海洋、森林、军事等领域取得了广泛的应用,但同时也面临分辨率较低、幅宽较小的问题,带来较高的应用成本。简缩极化SAR(CP SAR)作为一种能同时获取较为丰富的地表信息并实现较大幅宽观测的极化SAR模式,在过去十余年中引起了科研人员的广泛关注。随着印度RISAT-1卫星的成功发射,简缩极化SAR在一系列应用研究中取得了新进展。该文简要介绍了简缩极化SAR的经典数据处理方法,总结了近十余年来简缩极化SAR在农业和海洋应用领域的主要研究成果,最后对其发展方向进行了分析与展望。
近年来,星载InSAR技术在地质灾害监测领域显示出越来越大的应用潜力。该文首先介绍了InSAR形变监测的原理;然后系统性回顾了InSAR技术的发展,分析了差分InSAR、时序InSAR等方法的技术特点和适用范围;进而从地质灾害监测应用的角度分析了InSAR技术在地震、滑坡、水利工程、地面沉降等领域的应用现状和发展趋势;最后总结了当前地灾监测应用中InSAR技术在大气效应校正、复杂地区形变信息获取、多维形变信息获取中的关键问题,以期服务于地质灾害动态监测与防治工作。从当前InSAR技术在地质灾害监测的应用来看,该技术正处在广泛的业务应用阶段,随着未来星载SAR卫星系统的发展和行业的驱动,必将发展成为一项成熟的高精度对地观测技术,对地质灾害监测产生巨大的影响。 近年来,星载InSAR技术在地质灾害监测领域显示出越来越大的应用潜力。该文首先介绍了InSAR形变监测的原理;然后系统性回顾了InSAR技术的发展,分析了差分InSAR、时序InSAR等方法的技术特点和适用范围;进而从地质灾害监测应用的角度分析了InSAR技术在地震、滑坡、水利工程、地面沉降等领域的应用现状和发展趋势;最后总结了当前地灾监测应用中InSAR技术在大气效应校正、复杂地区形变信息获取、多维形变信息获取中的关键问题,以期服务于地质灾害动态监测与防治工作。从当前InSAR技术在地质灾害监测的应用来看,该技术正处在广泛的业务应用阶段,随着未来星载SAR卫星系统的发展和行业的驱动,必将发展成为一项成熟的高精度对地观测技术,对地质灾害监测产生巨大的影响。
合成孔径雷达(SAR)得益于其全天时全天候、高分辨率的工作模式,在最近几十年吸引了全球雷达学者的目光。作为一种有源雷达系统,合成孔径雷达高分辨成像过程中会受多样式复杂多变的强电磁干扰影响,从而严重影响合成孔径雷达最终的高分辨成像结果,因此,如何有效对抗复杂电磁干扰是合成孔径雷达探测感知的难点和重点之一。该文针对不同的干扰样式、干扰来源、干扰散射机理、雷达天线配置、目标特性等合成孔径雷达抗干扰及高分辨成像的关键要素和主要思路进行了总结梳理,并依照干扰对抗算法的本质,对近些年代表性的合成孔径雷达对抗压制干扰和欺骗干扰算法的文献进行介绍和归纳,旨在为以后的研究提供一定的参考。 合成孔径雷达(SAR)得益于其全天时全天候、高分辨率的工作模式,在最近几十年吸引了全球雷达学者的目光。作为一种有源雷达系统,合成孔径雷达高分辨成像过程中会受多样式复杂多变的强电磁干扰影响,从而严重影响合成孔径雷达最终的高分辨成像结果,因此,如何有效对抗复杂电磁干扰是合成孔径雷达探测感知的难点和重点之一。该文针对不同的干扰样式、干扰来源、干扰散射机理、雷达天线配置、目标特性等合成孔径雷达抗干扰及高分辨成像的关键要素和主要思路进行了总结梳理,并依照干扰对抗算法的本质,对近些年代表性的合成孔径雷达对抗压制干扰和欺骗干扰算法的文献进行介绍和归纳,旨在为以后的研究提供一定的参考。
论文
对感兴趣目标的数量、位置、型号等参数信息的精确获取一直是合成孔径雷达(SAR)技术中最为重要的研究内容之一。现阶段的SAR信息处理主要分为成像和解译两大部分,两者的研究相对独立。SAR成像和解译各自开发了大量算法,复杂度越来越高,但SAR解译并未因成像分辨率提升而变得简单,特别是对重点目标识别率低的问题并未从本质上得以解决。针对上述问题,该文从SAR成像解译一体化角度出发,尝试利用“数据驱动+智能学习”的方法提升机载SAR的信息处理能力。首先分析了基于“数据驱动+智能学习”方法的SAR成像解译一体化的可行性及现阶段存在的主要问题;在此基础上,提出一种“数据驱动+智能学习”的SAR学习成像方法,给出了学习成像框架、网络参数选取方法、网络训练方法和初步的仿真结果,并分析了需要解决的关键性技术问题。 对感兴趣目标的数量、位置、型号等参数信息的精确获取一直是合成孔径雷达(SAR)技术中最为重要的研究内容之一。现阶段的SAR信息处理主要分为成像和解译两大部分,两者的研究相对独立。SAR成像和解译各自开发了大量算法,复杂度越来越高,但SAR解译并未因成像分辨率提升而变得简单,特别是对重点目标识别率低的问题并未从本质上得以解决。针对上述问题,该文从SAR成像解译一体化角度出发,尝试利用“数据驱动+智能学习”的方法提升机载SAR的信息处理能力。首先分析了基于“数据驱动+智能学习”方法的SAR成像解译一体化的可行性及现阶段存在的主要问题;在此基础上,提出一种“数据驱动+智能学习”的SAR学习成像方法,给出了学习成像框架、网络参数选取方法、网络训练方法和初步的仿真结果,并分析了需要解决的关键性技术问题。
基于稀疏信号处理的合成孔径雷达(SAR)成像(稀疏SAR成像)是稀疏微波成像的一个重要研究方向,相较于经典SAR,稀疏SAR成像在提升成像性能等方面具有重要优势。然而,受困于较大计算代价,其难以用于大观测场景的稀疏恢复,这极大限制了其应用范围。此外,无论军用还是民用,各国星载SAR系统的技术性能指标均是保密的,因此相较于原始回波,通常的公开数据都是经匹配滤波算法重构的SAR复图像。因而如何基于复图像数据进行稀疏成像,对提升现有SAR图像质量、降低稀疏成像计算代价具有重要意义。高分三号是我国首颗1 m分辨率C波段多极化SAR卫星,它具有成像分辨率高、幅宽大等优势,对提升我国灾害监测、海洋监视等能力具有重要作用。该文将一种基于复图像数据的稀疏SAR成像技术引入到高分三号SAR复图像的性能提升当中。实验结果表明,经稀疏处理后的图像拥有更低的旁瓣、更高的信杂噪比以及更优的目标可分辨率能力。且类似于匹配滤波算法重建图像,稀疏恢复结果也可以很好地保持图像统计分布及相位信息,使得稀疏重构的高分三号SAR图像仍适用于干涉、恒虚警率检测等应用。 基于稀疏信号处理的合成孔径雷达(SAR)成像(稀疏SAR成像)是稀疏微波成像的一个重要研究方向,相较于经典SAR,稀疏SAR成像在提升成像性能等方面具有重要优势。然而,受困于较大计算代价,其难以用于大观测场景的稀疏恢复,这极大限制了其应用范围。此外,无论军用还是民用,各国星载SAR系统的技术性能指标均是保密的,因此相较于原始回波,通常的公开数据都是经匹配滤波算法重构的SAR复图像。因而如何基于复图像数据进行稀疏成像,对提升现有SAR图像质量、降低稀疏成像计算代价具有重要意义。高分三号是我国首颗1 m分辨率C波段多极化SAR卫星,它具有成像分辨率高、幅宽大等优势,对提升我国灾害监测、海洋监视等能力具有重要作用。该文将一种基于复图像数据的稀疏SAR成像技术引入到高分三号SAR复图像的性能提升当中。实验结果表明,经稀疏处理后的图像拥有更低的旁瓣、更高的信杂噪比以及更优的目标可分辨率能力。且类似于匹配滤波算法重建图像,稀疏恢复结果也可以很好地保持图像统计分布及相位信息,使得稀疏重构的高分三号SAR图像仍适用于干涉、恒虚警率检测等应用。
互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。 互质采样星载SAR通过方位互质采样代替传统方位均匀采样,可有效缓解空间分辨率与有效成像宽度之间的相互制约,提升SAR系统的对地探测性能。然而,方位向互质采样使得回波信号呈现方位欠采样及非均匀采样特性,导致传统SAR成像处理方法无法实现互质采样星载SAR的有效成像处理。该文提出一种基于2维信号稀疏重构的互质采样星载SAR成像处理方法。该方法在距离向脉冲压缩后,根据各距离门的多普勒参数截取2维观测信号并构造相应的稀疏字典,然后通过改进的2维信号稀疏度自适应匹配追踪算法完成方位聚焦处理。该方法不仅可以补偿SAR回波信号的距离方位2维耦合,还可以消除成像参数随距离空变对稀疏重构造成的影响,从而实现全场景的精确重构。点目标及分布目标仿真实验结果验证了所提算法可在远低于奈奎斯特采样率的情况下实现稀疏场景的有效重构。
在复杂场景(特别是城区场景)合成孔径雷达(SAR)遥感成像中,存在大量线、面目标,如城区中的道路和建筑物边缘等目标,这些线面目标微波散射信号方向性强。传统SAR从单一视角获取场景的散射信息,且传统成像算法均基于点目标模型,使得传统SAR图像中线面目标主要特征表现为一系列的强散射点,而非线散射特征和面散射特征,最终造成SAR图像中目标不连续,SAR图像解译困难。因此,该文通过建立典型线段、三角面元目标的参数化回波模型,对线面目标SAR成像机理进行了深入细致的研究;并基于提出的参数化模型对线面目标进行参数化成像,即首先基于贝叶斯理论和所提的参数化模型对典型的线面目标进行分类判决,随后采用再成像的方式获得有效表征线、面目标散射特征的SAR图像,为线、面目标SAR图像解译提供有效支撑。最后,数值仿真实验成功验证了所提算法的有效性和正确性。 在复杂场景(特别是城区场景)合成孔径雷达(SAR)遥感成像中,存在大量线、面目标,如城区中的道路和建筑物边缘等目标,这些线面目标微波散射信号方向性强。传统SAR从单一视角获取场景的散射信息,且传统成像算法均基于点目标模型,使得传统SAR图像中线面目标主要特征表现为一系列的强散射点,而非线散射特征和面散射特征,最终造成SAR图像中目标不连续,SAR图像解译困难。因此,该文通过建立典型线段、三角面元目标的参数化回波模型,对线面目标SAR成像机理进行了深入细致的研究;并基于提出的参数化模型对线面目标进行参数化成像,即首先基于贝叶斯理论和所提的参数化模型对典型的线面目标进行分类判决,随后采用再成像的方式获得有效表征线、面目标散射特征的SAR图像,为线、面目标SAR图像解译提供有效支撑。最后,数值仿真实验成功验证了所提算法的有效性和正确性。
传统的谱分析和压缩感知(CS)等层析合成孔径雷达(TomoSAR)成像技术由于解斜处理需要估计得到精确的垂直雷达视线(PLOS)方向的垂直有效基线。为了避免此操作该文采用沿PLOS向进行搜索的空域波束形成(BF)方法进行层析聚焦。由于高分辨率SAR图像中城区建筑物结构复杂,不同航过SAR图像间存在观测视角差异,并且存在相干斑噪声影响,SAR图像中的所有同源点不能在相同的像素点同时进行精确地配准。为了从幅度和相位两个方面找出BF聚焦时最相关的像素点,提出了一种联合参考像素窗口中邻域像素点的幅度和相位来提取目标像素点的不一致性准则。根据不一致性准则的最小化提取出相应的同名像素点,以实现对层析成像的精确聚焦。利用仿真数据和高分辨X波段重复航过机载SAR系统录取的实测数据进行实验。实验结果中,利用传统方法聚焦得到的散射轮廓峰值位置在15.63 m而该文所提方法得到峰值位置在16.88 m,峰值位置更加接近建筑实际高度18 m。表明该方法能有效提高散射体在PLOS方向的聚焦能量,并精确提取建筑物的3维轮廓。 传统的谱分析和压缩感知(CS)等层析合成孔径雷达(TomoSAR)成像技术由于解斜处理需要估计得到精确的垂直雷达视线(PLOS)方向的垂直有效基线。为了避免此操作该文采用沿PLOS向进行搜索的空域波束形成(BF)方法进行层析聚焦。由于高分辨率SAR图像中城区建筑物结构复杂,不同航过SAR图像间存在观测视角差异,并且存在相干斑噪声影响,SAR图像中的所有同源点不能在相同的像素点同时进行精确地配准。为了从幅度和相位两个方面找出BF聚焦时最相关的像素点,提出了一种联合参考像素窗口中邻域像素点的幅度和相位来提取目标像素点的不一致性准则。根据不一致性准则的最小化提取出相应的同名像素点,以实现对层析成像的精确聚焦。利用仿真数据和高分辨X波段重复航过机载SAR系统录取的实测数据进行实验。实验结果中,利用传统方法聚焦得到的散射轮廓峰值位置在15.63 m而该文所提方法得到峰值位置在16.88 m,峰值位置更加接近建筑实际高度18 m。表明该方法能有效提高散射体在PLOS方向的聚焦能量,并精确提取建筑物的3维轮廓。
高分宽幅SAR动目标成像对目标跟踪具有重要的意义,常规天基多通道SAR技术要实现高分宽幅动目标成像需要通道数量巨大,系统复杂度过高,而且图像在方位向存在成对回波,形成虚警。针对上述问题,该文提出了一种基于分布式压缩感知的高分宽幅SAR动目标成像技术,在通道数量较大时,通道数量相比常规高分宽幅动目标成像构型通道数量约降低1倍,利用动目标稀疏特性和杂波背景非稀疏特性构建分布式压缩感知观测模型,采用先方位1维分布式压缩感知重建再距离方位2维分布式压缩感知重建,实现杂波背景和稀疏动目标的重建,并抑制多通道SAR动目标成像中的成对回波。结合RADAR-SAT数据的仿真试验结果验证了该技术的有效性。 高分宽幅SAR动目标成像对目标跟踪具有重要的意义,常规天基多通道SAR技术要实现高分宽幅动目标成像需要通道数量巨大,系统复杂度过高,而且图像在方位向存在成对回波,形成虚警。针对上述问题,该文提出了一种基于分布式压缩感知的高分宽幅SAR动目标成像技术,在通道数量较大时,通道数量相比常规高分宽幅动目标成像构型通道数量约降低1倍,利用动目标稀疏特性和杂波背景非稀疏特性构建分布式压缩感知观测模型,采用先方位1维分布式压缩感知重建再距离方位2维分布式压缩感知重建,实现杂波背景和稀疏动目标的重建,并抑制多通道SAR动目标成像中的成对回波。结合RADAR-SAT数据的仿真试验结果验证了该技术的有效性。
合成孔径雷达(SAR)图像水域分割在水资源调查、灾害监测等领域具有重要意义。针对中低分辨率星载SAR图像水域提取精度不足的难题,该文融合基于轻量级残差卷积神经网络(CNN)的图像超分辨率重建技术和传统SAR图像水域分割技术的优点,提出了一种基于局部超分辨重建的SAR图像水域分割方法,显著提升了SAR图像水域分割的精度。为了验证上述方法的有效性,该文以南水北调中线工程水源地丹江口水库为应用对象,基于国产高分三号(GF-3)卫星的8 m分辨率标准条带(SS)模式图像和欧空局Sentinel-1卫星20 m分辨率干涉宽幅(IW)模式图像,开展了水域分割的实验验证和精度评估工作。实验结果表明,该文所提方法可在中低分辨率SAR图像中获取更精确的水域分割结果,其水域分割性能较传统方法有大幅提升。 合成孔径雷达(SAR)图像水域分割在水资源调查、灾害监测等领域具有重要意义。针对中低分辨率星载SAR图像水域提取精度不足的难题,该文融合基于轻量级残差卷积神经网络(CNN)的图像超分辨率重建技术和传统SAR图像水域分割技术的优点,提出了一种基于局部超分辨重建的SAR图像水域分割方法,显著提升了SAR图像水域分割的精度。为了验证上述方法的有效性,该文以南水北调中线工程水源地丹江口水库为应用对象,基于国产高分三号(GF-3)卫星的8 m分辨率标准条带(SS)模式图像和欧空局Sentinel-1卫星20 m分辨率干涉宽幅(IW)模式图像,开展了水域分割的实验验证和精度评估工作。实验结果表明,该文所提方法可在中低分辨率SAR图像中获取更精确的水域分割结果,其水域分割性能较传统方法有大幅提升。
考虑到单平台测角的定位精度随目标的距离增加而下降、远距离处的方位定位精度有待提高的问题,该文提出了一种基于长合成孔径的辐射源定位算法。该算法将合成孔径成像的概念引入到辐射源无源定位中,通过平台的移动形成长的虚拟孔径,以合成孔径雷达的方式处理数据,获得很高的方位定位精度。对于单频辐射源,接收信号在方位上等效为线性调频信号,其调频率与辐射源的距离成反比,通过距离搜索和方位聚焦的方法在距离-方位域完成信号聚焦,直接获得辐射源2维成像定位结果。针对宽波束侦察的特点,分析了低采样率下调频率距离-方位的耦合关系,并提出了信号角度估计和2维成像定位的方法。理论推导和实测数据处理结果验证了该定位算法的有效性。 考虑到单平台测角的定位精度随目标的距离增加而下降、远距离处的方位定位精度有待提高的问题,该文提出了一种基于长合成孔径的辐射源定位算法。该算法将合成孔径成像的概念引入到辐射源无源定位中,通过平台的移动形成长的虚拟孔径,以合成孔径雷达的方式处理数据,获得很高的方位定位精度。对于单频辐射源,接收信号在方位上等效为线性调频信号,其调频率与辐射源的距离成反比,通过距离搜索和方位聚焦的方法在距离-方位域完成信号聚焦,直接获得辐射源2维成像定位结果。针对宽波束侦察的特点,分析了低采样率下调频率距离-方位的耦合关系,并提出了信号角度估计和2维成像定位的方法。理论推导和实测数据处理结果验证了该定位算法的有效性。
近年来衍射光学系统得到了快速发展,衍射器件(如二元光学器件和膜基透镜)相当于微波天线的固定移相器,微波相控阵天线成熟的理论和方法应可用于其性能分析。激光SAR和激光通信都具有单色且波长较长的特点,特别适合采用非成像衍射光学系统,通过衍射器件实现信号波前控制,减小焦距并有利于系统的轻量化。基于衍射光学系统,研究激光SAR和激光通信技术具有重要的理论意义和应用价值。该文给出了衍射光学系统的相控阵解释,介绍了基于衍射光学系统已开展的机载激光SAR和星载激光SAR研究工作。提出了艇载1 m衍射口径激光通信和干涉定位系统概念并分析了其性能,该系统在10 m短基线下,其作用距离将达到4×108 km,对应的定位精度在6 km量级,可用于深空探测。该文同时探讨了稀疏采样激光成像问题,在激光照射目标条件下,提出用傅里叶透镜将激光图像信号变换到频域,在低频区域利用小规模探测器实施稀疏采样,等效进行2维低通滤波处理,再用计算机重构目标图像的设想,给出了一些初步的仿真结果。 近年来衍射光学系统得到了快速发展,衍射器件(如二元光学器件和膜基透镜)相当于微波天线的固定移相器,微波相控阵天线成熟的理论和方法应可用于其性能分析。激光SAR和激光通信都具有单色且波长较长的特点,特别适合采用非成像衍射光学系统,通过衍射器件实现信号波前控制,减小焦距并有利于系统的轻量化。基于衍射光学系统,研究激光SAR和激光通信技术具有重要的理论意义和应用价值。该文给出了衍射光学系统的相控阵解释,介绍了基于衍射光学系统已开展的机载激光SAR和星载激光SAR研究工作。提出了艇载1 m衍射口径激光通信和干涉定位系统概念并分析了其性能,该系统在10 m短基线下,其作用距离将达到4×108 km,对应的定位精度在6 km量级,可用于深空探测。该文同时探讨了稀疏采样激光成像问题,在激光照射目标条件下,提出用傅里叶透镜将激光图像信号变换到频域,在低频区域利用小规模探测器实施稀疏采样,等效进行2维低通滤波处理,再用计算机重构目标图像的设想,给出了一些初步的仿真结果。

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