2014年  3卷  第1期

综述
摘要:
该文展示了世界上几个重要的先进混合双基SAR 实验。混合双基模式是指发射端和接收端分别装载于不同类型的平台,例如星载/机载,机载/静止平台,星载/静止平台等。近年来相继有若干混合双基SAR 实验成功完成,主要包括TerraSAR-X/PAMIR,PAMIR/静止平台,以及TerraSAR-X/静止平台。此外,在TerraSAR-X/静止平台的双基模式下还验证了多基线干涉SAR (MB-InSAR)和数字波束形成(DBF)技术。值得强调的是,该文所展示的DBF 实验结果属于世界上首次成功的基于在轨雷达卫星的DBF 实验。 该文展示了世界上几个重要的先进混合双基SAR 实验。混合双基模式是指发射端和接收端分别装载于不同类型的平台,例如星载/机载,机载/静止平台,星载/静止平台等。近年来相继有若干混合双基SAR 实验成功完成,主要包括TerraSAR-X/PAMIR,PAMIR/静止平台,以及TerraSAR-X/静止平台。此外,在TerraSAR-X/静止平台的双基模式下还验证了多基线干涉SAR (MB-InSAR)和数字波束形成(DBF)技术。值得强调的是,该文所展示的DBF 实验结果属于世界上首次成功的基于在轨雷达卫星的DBF 实验。
摘要:
多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)是近年来提出并备受关注的一种新型雷达成像模式,通过多天线同时发射、多天线同时接收的工作方式能够获得远多于实际天线数目的等效观测通道,为解决常规SAR 面临的方位向高分辨率与宽测绘带指标相互矛盾、弱小慢速运动目标难以检测等难题提供了更为有效的技术途径。该文围绕MIMO-SAR 成像技术及其应用展开论述,从距离分辨率增强、3 维下视成像、高分辨率宽测绘带成像以及动目标检测等方面综述了MIMO-SAR 的研究状况,分析了系统的体制优势和不足,进而归纳了MIMO-SAR 研究中的若干关键技术问题,最后对其应用前景进行了展望。 多发多收合成孔径雷达(MIMO-SAR)是近年来提出并备受关注的一种新型雷达成像模式,通过多天线同时发射、多天线同时接收的工作方式能够获得远多于实际天线数目的等效观测通道,为解决常规SAR 面临的方位向高分辨率与宽测绘带指标相互矛盾、弱小慢速运动目标难以检测等难题提供了更为有效的技术途径。该文围绕MIMO-SAR 成像技术及其应用展开论述,从距离分辨率增强、3 维下视成像、高分辨率宽测绘带成像以及动目标检测等方面综述了MIMO-SAR 的研究状况,分析了系统的体制优势和不足,进而归纳了MIMO-SAR 研究中的若干关键技术问题,最后对其应用前景进行了展望。
论文
摘要:
与其它波段相比,毫米波干涉SAR (InSAR)具有精度高、体积小的特点,是目前干涉SAR 研究的重要方向之一。但由于较短的波长,其也给成像处理和干涉相位提取带来了一定困难。该文利用毫米波段干涉SAR 数据,采用流结构后向投影(BP)算法结合IMU 进行了毫米波SAR 成像和干涉相位分析。研究发现,由于毫米波波长短,对天线相位中心变化更为敏感,为了保证系统的干涉相位,必须利用IMU 数据进行精确的运动误差补偿。通过实测数据验证了采用各自计算天线相位中心的策略,后向投影算法可以在成像过程中精确补偿平地相位。 与其它波段相比,毫米波干涉SAR (InSAR)具有精度高、体积小的特点,是目前干涉SAR 研究的重要方向之一。但由于较短的波长,其也给成像处理和干涉相位提取带来了一定困难。该文利用毫米波段干涉SAR 数据,采用流结构后向投影(BP)算法结合IMU 进行了毫米波SAR 成像和干涉相位分析。研究发现,由于毫米波波长短,对天线相位中心变化更为敏感,为了保证系统的干涉相位,必须利用IMU 数据进行精确的运动误差补偿。通过实测数据验证了采用各自计算天线相位中心的策略,后向投影算法可以在成像过程中精确补偿平地相位。
摘要:
利用极化干涉合成孔径雷达(Polarimetric Interferometry SAR, PolInSAR)数据反演森林参数问题为当前PolInSAR 研究的热点问题。经典的森林参数反演算法是基于随机散射体模型(Random Volume over Ground, RVoG)的阶段反演算法,该算法中直线拟合误差和体散射估计误差会严重影响反演精度。为了提高树高估计精度,该文使用整体最小二乘法直线拟合得到更精确的地表相位估计结果,并提出以Gamma 函数为线性度量自适应地估计体散射去相干,得到了改进的PolInSAR 三阶段反演算法,实验结果表明改进算法可靠有效。 利用极化干涉合成孔径雷达(Polarimetric Interferometry SAR, PolInSAR)数据反演森林参数问题为当前PolInSAR 研究的热点问题。经典的森林参数反演算法是基于随机散射体模型(Random Volume over Ground, RVoG)的阶段反演算法,该算法中直线拟合误差和体散射估计误差会严重影响反演精度。为了提高树高估计精度,该文使用整体最小二乘法直线拟合得到更精确的地表相位估计结果,并提出以Gamma 函数为线性度量自适应地估计体散射去相干,得到了改进的PolInSAR 三阶段反演算法,实验结果表明改进算法可靠有效。
摘要:
在对极化SAR 数据进行相干斑抑制过程中,保持其极化信息是首要考虑的问题,而对极化SAR 数据各元素进行独立的滤波是不可取。依据极化SAR 数据形式及噪声模型,该文将双边滤波推广至极化SAR 数据处理,推导出一种新的相似性距离度量公式,所提方法可以直接对极化协方差矩阵C 或极化相干矩阵T 进行处理。该方法能够保持极化信息,有效地抑制相干斑,同时能够更好地保持点目标、纹理结构等,在处理大幅面的极化SAR数据时简单、快速、有效。 在对极化SAR 数据进行相干斑抑制过程中,保持其极化信息是首要考虑的问题,而对极化SAR 数据各元素进行独立的滤波是不可取。依据极化SAR 数据形式及噪声模型,该文将双边滤波推广至极化SAR 数据处理,推导出一种新的相似性距离度量公式,所提方法可以直接对极化协方差矩阵C 或极化相干矩阵T 进行处理。该方法能够保持极化信息,有效地抑制相干斑,同时能够更好地保持点目标、纹理结构等,在处理大幅面的极化SAR数据时简单、快速、有效。
摘要:
对于高分辨率星载P 波段SAR 系统,电离层效应对P 波段SAR 会带来一系列较为严重的误差,这些误差与电波频率和电离层积分电子总量(TEC)值关系密切,并使得图像质量下降。为了获得高质量的图像,必须对电离层误差进行校正。该文基于电离层导致的匹配滤波失配的数学模型,指出获得准确的电离层TEC 是校正的关键,提出了一种高精度的基于SAR 回波相位反演电离层TEC 的测量方法,并利用地基P 波段雷达对空间目标进行穿透电离层步进频ISAR 观测验证,实测数据处理结果表明,该方法有效提高了电离层TEC 测量精度,改善了ISAR成像质量,可适于低频段星载SAR 系统的电离层效应测量与校正应用。 对于高分辨率星载P 波段SAR 系统,电离层效应对P 波段SAR 会带来一系列较为严重的误差,这些误差与电波频率和电离层积分电子总量(TEC)值关系密切,并使得图像质量下降。为了获得高质量的图像,必须对电离层误差进行校正。该文基于电离层导致的匹配滤波失配的数学模型,指出获得准确的电离层TEC 是校正的关键,提出了一种高精度的基于SAR 回波相位反演电离层TEC 的测量方法,并利用地基P 波段雷达对空间目标进行穿透电离层步进频ISAR 观测验证,实测数据处理结果表明,该方法有效提高了电离层TEC 测量精度,改善了ISAR成像质量,可适于低频段星载SAR 系统的电离层效应测量与校正应用。
摘要:
在地形起伏较大的山地区域,星载SAR 利用传统俯仰向数字波束形成(DBF)方法接收场景回波时,都会出现波束指向偏差的问题,这一偏差使得回波接收增益与信噪比降低。针对这一问题,该文提出一种基于Capon 空间谱估计的星载SAR 自适应DBF 方法。该方法首先通过有限的回波数据来准确地估计出各距离门内信源的波达角(AOA),而后利用这些信息来更新接收波束的加权矢量,从而能够在任何时刻都使接收波束准确地指向信源位置,以此来改善回波增益与信噪比。仿真实验结果表明,该方法较传统的俯仰向波束扫描(SCORE)法有较大的性能改善,同时它还对系统及信源参数的变化有很强的鲁棒性。 在地形起伏较大的山地区域,星载SAR 利用传统俯仰向数字波束形成(DBF)方法接收场景回波时,都会出现波束指向偏差的问题,这一偏差使得回波接收增益与信噪比降低。针对这一问题,该文提出一种基于Capon 空间谱估计的星载SAR 自适应DBF 方法。该方法首先通过有限的回波数据来准确地估计出各距离门内信源的波达角(AOA),而后利用这些信息来更新接收波束的加权矢量,从而能够在任何时刻都使接收波束准确地指向信源位置,以此来改善回波增益与信噪比。仿真实验结果表明,该方法较传统的俯仰向波束扫描(SCORE)法有较大的性能改善,同时它还对系统及信源参数的变化有很强的鲁棒性。
摘要:
卫星姿态导引技术被广泛应用于现有的低轨星载SAR 系统之中,目的在于减轻接收数据中距离/方位向耦合。该文深入分析了卫星姿态导引对地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar, Geo-SAR)的多普勒参数、测绘带宽以及距离徙动的影响,对比了Geo-SAR 的3 种姿态导引方式的效果。通过仿真验证了Geo-SAR 进行姿态导引的必要性,表明了基于椭圆轨道的2 维导引方法对于Geo-SAR 是最有效的。 卫星姿态导引技术被广泛应用于现有的低轨星载SAR 系统之中,目的在于减轻接收数据中距离/方位向耦合。该文深入分析了卫星姿态导引对地球同步轨道合成孔径雷达(Geosynchronous Synthetic Aperture Radar, Geo-SAR)的多普勒参数、测绘带宽以及距离徙动的影响,对比了Geo-SAR 的3 种姿态导引方式的效果。通过仿真验证了Geo-SAR 进行姿态导引的必要性,表明了基于椭圆轨道的2 维导引方法对于Geo-SAR 是最有效的。
摘要:
针对通道幅相误差和图像配准误差等非理想因素导致地面动目标检测性能下降的问题,该文结合最小方差和空域导向矢量两种杂波抑制算法,提出一种基于通道误差校准的空域导向矢量杂波抑制方法。该方法首先计算最小方差杂波抑制的权向量,通过该权向量构造配准图像,然后利用配准图像计算杂波正交补空间,最后通过正交子空间的方法实现杂波抑制。理论分析及实验结果表明,所提方法在图像配准误差和通道幅相误差较大的情况下仍具有很好的检测性能,能获得较最小方差杂波抑制方法和基于空域导向矢量的杂波抑制方法更高的信杂噪比。 针对通道幅相误差和图像配准误差等非理想因素导致地面动目标检测性能下降的问题,该文结合最小方差和空域导向矢量两种杂波抑制算法,提出一种基于通道误差校准的空域导向矢量杂波抑制方法。该方法首先计算最小方差杂波抑制的权向量,通过该权向量构造配准图像,然后利用配准图像计算杂波正交补空间,最后通过正交子空间的方法实现杂波抑制。理论分析及实验结果表明,所提方法在图像配准误差和通道幅相误差较大的情况下仍具有很好的检测性能,能获得较最小方差杂波抑制方法和基于空域导向矢量的杂波抑制方法更高的信杂噪比。
摘要:
光学图像和SAR 图像的配准是实现多源图像融合和复合分析的基础,该文介绍了一种光学图像和SAR图像精配准的方法。首先采用人工的方式选择3~4 个同名控制点,在此基础上实现图像的粗略配准,保证SAR与光学图像尺度和旋转的归一化;然后在粗配准的光学图像上提取特征点,并分别采用不同的梯度算子提取SAR和光学图像的梯度强度,基于梯度强度进行归一化互相关,从而得到不同图像上的同名特征点;最后根据提取的同名特征点构建不规则三角网,并对每个三角网构成的小面元进行图像的精确配准,最终实现SAR 和光学图像的精配准。通过采用星载图像的精配准处理和检验,证明了该方法的可行性,能获得较好的配准效果。 光学图像和SAR 图像的配准是实现多源图像融合和复合分析的基础,该文介绍了一种光学图像和SAR图像精配准的方法。首先采用人工的方式选择3~4 个同名控制点,在此基础上实现图像的粗略配准,保证SAR与光学图像尺度和旋转的归一化;然后在粗配准的光学图像上提取特征点,并分别采用不同的梯度算子提取SAR和光学图像的梯度强度,基于梯度强度进行归一化互相关,从而得到不同图像上的同名特征点;最后根据提取的同名特征点构建不规则三角网,并对每个三角网构成的小面元进行图像的精确配准,最终实现SAR 和光学图像的精配准。通过采用星载图像的精配准处理和检验,证明了该方法的可行性,能获得较好的配准效果。
摘要:
几何构像模型和定向参数解算方案的选择是实现SAR 图像高精度立体定位的关键。该文针对稀少控制下斜侧视SAR 图像高精度定位难题,设计了利用单个地面控制点的SAR 图像立体定位方案。该方案利用轨道参数获取成像瞬间天线相位中心的位置、速度,并利用一个地面控制点标定近距延迟和多普勒中心频率,实现定向参数的精确解算和SAR 图像的高精度立体定位。采用中国测绘科学研究院获取的机载SAR 图像进行了立体定位实验,统计分析了其定位误差,验证了该文方法的精确性和有效性。 几何构像模型和定向参数解算方案的选择是实现SAR 图像高精度立体定位的关键。该文针对稀少控制下斜侧视SAR 图像高精度定位难题,设计了利用单个地面控制点的SAR 图像立体定位方案。该方案利用轨道参数获取成像瞬间天线相位中心的位置、速度,并利用一个地面控制点标定近距延迟和多普勒中心频率,实现定向参数的精确解算和SAR 图像的高精度立体定位。采用中国测绘科学研究院获取的机载SAR 图像进行了立体定位实验,统计分析了其定位误差,验证了该文方法的精确性和有效性。
摘要:
该文提出一种基于多蚁群协作的遥感图像特征提取方法。首先建立遥感图像的多分辨率表示,并在不同分辨率图像上释放蚁群。低分辨率图像上的蚁群以相位一致性作为启发信息,高分辨率图像中的蚁群以梯度强度作为启发信息,两个蚁群通过共享的信息素矩阵实现协作,完成图像特征检测。最后根据信息素矩阵提取图像特征。由于该方法在不同分辨率上引入了多种启发信息,因而能够提取更加完整和有意义的图像特征,表现出更强的智能性。 该文提出一种基于多蚁群协作的遥感图像特征提取方法。首先建立遥感图像的多分辨率表示,并在不同分辨率图像上释放蚁群。低分辨率图像上的蚁群以相位一致性作为启发信息,高分辨率图像中的蚁群以梯度强度作为启发信息,两个蚁群通过共享的信息素矩阵实现协作,完成图像特征检测。最后根据信息素矩阵提取图像特征。由于该方法在不同分辨率上引入了多种启发信息,因而能够提取更加完整和有意义的图像特征,表现出更强的智能性。
摘要:
该文面向高分辨率SAR 图像解译中的变化检测问题,针对其研究现状与难点,重点解决高分辨率SAR图像变化检测中的语义信息缺失问题,提出一种基于词包模型的变化检测与分析的方法。该方法利用词包模型,对两个时相的图像做词包表征,将视觉直方图的差作为变化向量进行分析。由于变化向量包含有语义信息,因此可通过对其分析,结合像素级变化结果,实现对变化区域的语义分析及感兴趣变化类型检测。经实验验证,该框架对高分SAR 影像变化语义分析具有应用前景。 该文面向高分辨率SAR 图像解译中的变化检测问题,针对其研究现状与难点,重点解决高分辨率SAR图像变化检测中的语义信息缺失问题,提出一种基于词包模型的变化检测与分析的方法。该方法利用词包模型,对两个时相的图像做词包表征,将视觉直方图的差作为变化向量进行分析。由于变化向量包含有语义信息,因此可通过对其分析,结合像素级变化结果,实现对变化区域的语义分析及感兴趣变化类型检测。经实验验证,该框架对高分SAR 影像变化语义分析具有应用前景。
摘要:
该文将相位调制信号用于机载合成孔径激光雷达,分析了3 种相位调制信号的性能,研究了相位调制信号的收发方式和成像处理方法。针对机载合成孔径激光雷达观测幅宽较小的特点,对基于线性调频信号的相位调制信号,提出采用去调相接收方式,以大幅度降低宽带信号的AD 采样率。对3 种相位调制信号所做的成像仿真结果表明了该方法的有效性。 该文将相位调制信号用于机载合成孔径激光雷达,分析了3 种相位调制信号的性能,研究了相位调制信号的收发方式和成像处理方法。针对机载合成孔径激光雷达观测幅宽较小的特点,对基于线性调频信号的相位调制信号,提出采用去调相接收方式,以大幅度降低宽带信号的AD 采样率。对3 种相位调制信号所做的成像仿真结果表明了该方法的有效性。