無人機(jī)載微型SAR高分辨成像技術(shù)研究.pdf

1、微型調(diào)頻連續(xù)波(Frequency Modulated Continuous wave，F(xiàn)MCW)合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)具有重量輕、小型化、低功耗的特點(diǎn)，可搭載于微小型無人機(jī)，遂行靈活機(jī)動(dòng)、全天時(shí)全天候的高分辨率成像探測(cè)，是國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相研究的重要裝備。FMCW SAR高分辨率成像技術(shù)已成為SAR領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。其中，大運(yùn)動(dòng)誤差下的高分辨率成像處理、斜視條件下的高效率高分辨率成像處理以及實(shí)時(shí)成

2、像處理等是微型FMCW SAR面臨的主要挑戰(zhàn)。近年來，圓周合成孔徑雷達(dá)(Circular Synthetic Aperture Radar, CSAR)因具有全方位觀測(cè)、高分辨率等優(yōu)勢(shì)漸成雷達(dá)領(lǐng)域的另一研究熱點(diǎn)，微小型無人機(jī)良好的機(jī)動(dòng)性能為實(shí)現(xiàn) CSAR帶來了便利。但是目前針對(duì) CSAR的快速頻域成像處理很不成熟，相關(guān)的成像方法及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法研究較少。本文密切結(jié)合FMCW SAR信號(hào)特點(diǎn)和系統(tǒng)微型化要求，對(duì)無人機(jī)載微型FMCW SAR成

3、像處理及CSAR頻域成像處理進(jìn)行了深入研究，取得了一系列有益的成果。
　　本文的主要工作及創(chuàng)新性成果概括如下：
　　1.建立了FMCW SAR成像模型，理論分析了FMCW SAR二維頻譜特性，明確了連續(xù)波體制下脈內(nèi)載機(jī)運(yùn)動(dòng)對(duì)成像的影響。隨后，對(duì)FMCW SAR頻域成像方法進(jìn)行了歸一化推導(dǎo)；分析了斜視條件下殘余二次距離壓縮項(xiàng)對(duì)成像的影響，提出了一種改進(jìn)的頻域尺度變標(biāo)算法(Frequency Scaling Algorithm,

4、 FSA)。該方法具有運(yùn)算效率高、同時(shí)適用于正側(cè)視和斜視FMCW SAR高分辨成像的特點(diǎn)。
　　2.建立了運(yùn)動(dòng)誤差條件下 FMCW SAR信號(hào)模型；推導(dǎo)分析了運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)FMCW SAR成像的影響；從航向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償和視線方向運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償兩個(gè)方面對(duì)比分析了FMCW SAR同脈沖體制SAR的異同。給出了適用于FMCW SAR的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，該方法具有運(yùn)算量小、適應(yīng)于多種頻域算法的特點(diǎn)。
　　此外，為了進(jìn)一步減小成像處理運(yùn)算量，提

5、出了一種簡(jiǎn)化的FMCW SAR實(shí)時(shí)成像處理方法。為了在低精度運(yùn)動(dòng)測(cè)量設(shè)備條件下獲取高分辨率SAR圖像，提出了一種基于多普勒調(diào)頻率估計(jì)的運(yùn)動(dòng)誤差消除方法，具有運(yùn)算量小、魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn)。
　　3.建立了CSAR信號(hào)模型，結(jié)合駐定相位原理（Principle of Stationary Phase, POSP）首次推導(dǎo)得到了CSAR頻譜表達(dá)式。相比于條帶模式SAR，分析了CSAR在成像區(qū)域大小、點(diǎn)散布函數(shù)、三維成像能力等方面的特點(diǎn)?；?/p>

6、譜分析的方法研究了多航過CSAR三維成像處理方法。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合FMCW信號(hào)特點(diǎn)，分析了FMCW CSAR的應(yīng)用潛力，建立了FMCW CSAR信號(hào)模型，從時(shí)域成像處理和頻域成像處理兩個(gè)方面明確并消除了脈內(nèi)載機(jī)運(yùn)動(dòng)對(duì)CSAR成像的影響。
　　4.針對(duì)場(chǎng)景中絕大多數(shù)目標(biāo)具有各向異性電磁散射的事實(shí)，提出了一種實(shí)用的 CSAR成像策略：子孔徑內(nèi)相參積累以得到子孔徑圖像、子孔徑圖像間的非相干疊加以得到最終的CSAR圖像。為了克服CSAR頻

7、譜由斜距面向成像平面投影過程中的空變性，提出了一種基于子孔徑處理和沿目標(biāo)半徑空變（Target Radius Dependent, TRD）濾波的方法實(shí)現(xiàn)了 CSAR頻譜投影處理，具有運(yùn)算效率高、精度高的特點(diǎn)。總結(jié)分析了 CSAR子孔徑頻域成像算法在空間分辨率、全方位電磁散射信息獲取等方面的特點(diǎn)。
　　5.提出了與CSAR頻域成像算法相結(jié)合的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方案。通過空不變運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償、空變運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償以及極坐標(biāo)插值后的自聚焦處理，實(shí)現(xiàn)了