同軌雙基SAR成像算法研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的單基合成孔徑雷達不同,雙基地合成孔徑雷達(Bistatic Synthetic Aperture Radar, BiSAR)的接收機和發(fā)射機放置在不同的運動平臺上,發(fā)射機和接收機可以有不同的空間位置和速度。因此雙基地SAR在軍事應用,資源調查和地殼形變監(jiān)測等方面具有特殊的優(yōu)勢。在諸多的雙基SAR構型中,同軌雙基SAR的發(fā)射機和接收機以相同的速度沿著相同的航跡勻速直線飛行,這種體制的雙基地SAR編隊構形相對簡單,工程上較容易實現(xiàn),

2、在地面運動目標檢測等方面有著廣闊的應用前景?；诖?本文對同軌構型雙基SAR目標二維頻譜精度和同軌構型不同模式下的成像算法進行了一些研究,主要工作概括如下:
　　1.理論上LBF(Loffeld’s bistatic formula, LBF)雙基SAR目標頻譜適用于任意的雙基構型,但是在具體的雙基構型條件下其譜精度因不同參數(shù)配置的影響而有所不同。針對同軌雙基地SAR構型,本文通過數(shù)學方法將其與一種嚴格解析的雙基目標二維頻譜進行對

3、比分析,詳細推導出了影響LBF雙基譜精度的兩個約束條件。即半雙基角的余弦值大小以及半基線長度與目標到航線的最近距離的比值是否等于半雙基角的正切值。當半雙基角的余弦值等于1,半基線長度與目標到航線的最近距離的比值等于半雙基角的正切值這兩個條件同時得到滿足時,LBF譜是完全嚴格解析的。在這兩個影響譜精度的約束條件中,LBF雙基譜的譜精度對半雙基角的余弦值的大小變化更為敏感,而并不直接受到基線長度和斜視角大小的影響,通過仿真實驗詳細分析討論了

4、各種因素對于LBF譜精度的影響。
　　2.提出一種同軌構型下基于嚴格解析雙基 SAR目標二維頻譜的線頻調變標(Chirp Scaling, CS)成像算法,解決條帶模式下雙基地SAR包絡徙動的空變問題。不同于波數(shù)域的成像算法,整個成像過程不需要進行插值運算,在頻域聚焦實現(xiàn)快速成像。高精度的雙基頻譜使得所提算法對基線的長短不再敏感,可以進行大雙基角,長基線情形下的同軌雙基SAR數(shù)據(jù)處理。仿真實驗和對比實驗驗證了所提算法的有效性和優(yōu)越

5、性。
　　3.針對大斜視情形下同軌雙基 SAR目標的距離徙動和二次距離壓縮(Second Range Compression, SRC)的空變性問題,基于嚴格解析的雙基SAR目標二維頻譜,提出了一種適用于同軌構型雙基 SAR的非線性 CS(Nonlinear Chirp Scaling Algorithm, NCSA)成像算法,不同于適用于小斜視角條件的CS成像算法,非線性CS算法不僅考慮了調頻率隨多普勒頻率的變化,而且也考慮了其

6、隨距離的線性變化,更好地實現(xiàn)了同軌雙基SAR中SRC的精確補償,取得了滿意的聚焦效果。仿真實驗驗證了所提算法的有效性。
　　4.對于聚束模式下的同軌雙基SAR構型,基于同軌構型下嚴格解析的半雙基角和譜分析方法,提出了一種適用于同軌構型下聚束式雙基 SAR的頻率變標(Frequency Scaling, FS)成像算法。首先,類比單基情形,推導出了雙基地情形下的deramp函數(shù),實現(xiàn)方位向的粗聚焦,有效地消除系統(tǒng)方位向的頻譜混疊問題

7、。然后基于同軌構型下嚴格解析的雙基SAR目標二維頻譜,通過一種適用于聚束式雙基地SAR的FS成像算法校正目標的距離徙動,取得理想的成像效果。FS算法通過相位相乘代替插值操作實現(xiàn)目標的距離徙動校正,可以實現(xiàn)快速成像。精確的雙基頻譜使得所提算法可以進行長基線情形下的數(shù)據(jù)處理。仿真實驗驗證了算法的有效性。此外,針對大斜視情形下SRC的空變問題,提出一種基于嚴格解析雙基頻譜的改進頻率變標成像算法,通過非線性變標操作消除由大斜視導致的隨距離變化的