多發(fā)多收合成孔徑雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多發(fā)多收合成孔徑雷達(dá)（ Multiple-Input Multiple-Output Synthetic Aperture Radar，MIMO-SAR）因其在高分辨寬測(cè)繪帶(High-Resolution and Wide-Swath，HRWS)成像、地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(Ground Moving Target Identification，GMTI)、干涉合成孔徑雷達(dá)(Interferometry Synthetic Aperture

2、 Radar，InSAR)等方向具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，受到雷達(dá)成像和遙感等領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注，被認(rèn)為是進(jìn)一步提升現(xiàn)有SAR系統(tǒng)性能、實(shí)現(xiàn)SAR系統(tǒng)功能升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)之一，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
　　本文針對(duì)HRWS成像，InSAR、三維SAR，以及SAR-GMTI等MIMO-SAR的幾個(gè)重要應(yīng)用方向，對(duì)MIMO-SAR波形設(shè)計(jì)和回波重建及處理算法進(jìn)行了研究。
　　本文的主要工作可概括為以下四個(gè)方面：
　　第二章針對(duì)MIMO-SAR

3、 HRWS成像，提出了采用二維脈內(nèi)掃描多維編碼波形的波束空間MIMO-SAR模式，實(shí)現(xiàn)了高信噪比HRWS成像。信噪比是衡量SAR成像效果的一個(gè)重要指標(biāo)，然而在其他條件不變的情況下，回波的信噪比會(huì)隨著測(cè)繪場(chǎng)景的增大和分辨率的提高而降低。本文提出的二維脈內(nèi)掃描多維波形編碼技術(shù)，利用整個(gè)天線面陣發(fā)射二維窄波束，在一個(gè)脈沖充分間隔內(nèi)進(jìn)行二維掃描，充分利用了發(fā)射天線孔徑，大大增加了回波信噪比，同時(shí)還具有靈活的功率分配及多分辨特性。本文分析了二維脈

4、內(nèi)掃描工作方式帶來(lái)的兩種距離模糊以及方位模糊，提出了二維解模糊算法去除距離和方位模糊，實(shí)現(xiàn)子波束回波分離及重建，從而使得現(xiàn)有的單通道SAR算法能夠直接用來(lái)進(jìn)行SAR成像處理。除此以外，本文對(duì)二維脈內(nèi)掃描波束空間的系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析，并將本文提出的波束空間MIMO-SAR模式的信噪比和最大測(cè)繪帶幅寬與現(xiàn)有的三個(gè)典型的 HRWS模式進(jìn)行了比較。比較結(jié)果說(shuō)明了本文提出的 MIMO-SAR模式擁有與其他 HRWS模式相近的最大測(cè)繪帶幅寬，但是在

5、信噪比方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的多維波形編碼方法的可行性以及二維解模糊算法的有效性。
　　本文第三章針對(duì)InSAR、三維SAR等俯仰維MIMO-SAR應(yīng)用，提出了一種具有良好分離性的方位相位編碼線性調(diào)頻(Azimuth Phase Coding Linear Frequency Modulation，APC-LFM)波形及其回波分離與重建方法。現(xiàn)有的正交波形難以滿足MIMO-SAR的需要，因此本文提出一種AP

6、C-LFM波形。在進(jìn)行APC解調(diào)制后，APC-LFM波形會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，且不同波形的回波在多普勒域的偏移量不同，這會(huì)使得疊加在一起的回波來(lái)自不同方位角度，這樣就能利用方位自由度進(jìn)行空域?yàn)V波將來(lái)自不同發(fā)射天線的回波分離，從而能夠有效消除不同波形回波間的干擾。該APC-LFM波形不僅可用于InSAR或者三維SAR等MIMO-SAR應(yīng)用，能夠獲得俯仰維長(zhǎng)基線和多相位中心，提高干涉測(cè)高精度或三維SAR成像的俯仰維成像性能；還可以應(yīng)用于俯仰脈內(nèi)

7、掃描波束空間MIMO-SAR，將距離模糊轉(zhuǎn)化為方位模糊，從而能夠使用方位DBF解距離模糊，克服了距離DBF性能容易受到地形起伏影響的缺陷。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文提出的APC-LFM波形的可行性以及基于方位DBF的回波分離方法的有效性。
　　第四章針對(duì)聚束及滑動(dòng)聚束模式的星載多頻子帶并發(fā)MIMO-SAR，提出了一種高效的回波重建方法。該方法解決了滑動(dòng)聚束或聚束模式的星載多頻子帶并發(fā)MIMO-SAR中的三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：彎曲軌道造成的通道

8、采樣位置誤差，波束方位指向隨方位時(shí)間變化造成的多普勒帶寬急劇增加，以及由于發(fā)射通道位置不同造成的不同子帶信號(hào)之間的斜距歷程差異。首先，為了校正通道采樣位置誤差，提出了一種類似于運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)恼`差校正方法。其次，提出了一種多子帶方位去斜方法既能夠降低信號(hào)的多普勒帶寬，使其小于系統(tǒng)的等效 PRF，從而可以通過(guò)空域?yàn)V波重建各子帶信號(hào)，又能讓子帶信號(hào)間的距離歷程差異能夠方便地進(jìn)行補(bǔ)償。最后，本文對(duì)傳統(tǒng)的頻域子帶拼接方法進(jìn)行了改進(jìn)，在不需距離向插

9、值的情況下對(duì)各子帶頻譜進(jìn)行精確的移動(dòng)，因此該方法既能夠精確而高效地對(duì)子帶信號(hào)進(jìn)行合成又對(duì)系統(tǒng)參數(shù)沒(méi)有特別的要求，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
　　本文第五章給出了一種前向陣雙通道斜視模式MIMO-SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法。該方法首先利用斜視模式的距離多普勒算法對(duì)靜止雜波進(jìn)行成像，然后通過(guò)不同相位中心的圖像相消抑制雜波，此時(shí)慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)得到了粗聚焦，可以進(jìn)行檢測(cè)及定位。然而，快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)一般距離走動(dòng)量較大，同時(shí)存在多普勒中心模糊，導(dǎo)致其圖像