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(dá)不同,雙基地合成孔徑雷達(dá)(Bistatic Synthetic Aperture Radar, BiSAR)的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)放置在不同的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上,發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以有不同的空間位置和速度。因此雙基地SAR在軍事應(yīng)用,資源調(diào)查和地殼形變監(jiān)測(cè)等方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)。在諸多的雙基SAR構(gòu)型中,同軌雙基SAR的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)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(duì)構(gòu)形相對(duì)簡(jiǎn)單,工程上較容易實(shí)現(xiàn),

2、在地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景?；诖?本文對(duì)同軌構(gòu)型雙基SAR目標(biāo)二維頻譜精度和同軌構(gòu)型不同模式下的成像算法進(jìn)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(biāo)頻譜適用于任意的雙基構(gòu)型,但是在具體的雙基構(gòu)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(duì)同軌雙基地SAR構(gòu)型,本文通過(guò)數(shù)學(xué)方法將其與一種嚴(yán)格解析的雙基目標(biāo)二維頻譜進(jìn)行對(duì)

3、比分析,詳細(xì)推導(dǎo)出了影響LBF雙基譜精度的兩個(gè)約束條件。即半雙基角的余弦值大小以及半基線長(zhǎng)度與目標(biāo)到航線的最近距離的比值是否等于半雙基角的正切值。當(dāng)半雙基角的余弦值等于1,半基線長(zhǎng)度與目標(biāo)到航線的最近距離的比值等于半雙基角的正切值這兩個(gè)條件同時(shí)得到滿足時(shí),LBF譜是完全嚴(yán)格解析的。在這兩個(gè)影響譜精度的約束條件中,LBF雙基譜的譜精度對(duì)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(zhǎng)度和斜視角大小的影響,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)詳細(xì)分析討論了

4、各種因素對(duì)于LBF譜精度的影響。
　　2.提出一種同軌構(gòu)型下基于嚴(yán)格解析雙基 SAR目標(biāo)二維頻譜的線頻調(diào)變標(biāo)(Chirp Scaling, CS)成像算法,解決條帶模式下雙基地SAR包絡(luò)徙動(dòng)的空變問(wèn)題。不同于波數(shù)域的成像算法,整個(gè)成像過(guò)程不需要進(jìn)行插值運(yùn)算,在頻域聚焦實(shí)現(xiàn)快速成像。高精度的雙基頻譜使得所提算法對(duì)基線的長(zhǎng)短不再敏感,可以進(jìn)行大雙基角,長(zhǎng)基線情形下的同軌雙基SAR數(shù)據(jù)處理。仿真實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提算法的有效性和優(yōu)越

5、性。
　　3.針對(duì)大斜視情形下同軌雙基 SAR目標(biāo)的距離徙動(dòng)和二次距離壓縮(Second Range Compression, SRC)的空變性問(wèn)題,基于嚴(yán)格解析的雙基SAR目標(biāo)二維頻譜,提出了一種適用于同軌構(gòu)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(diào)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(shí)現(xiàn)了同軌雙基SAR中SRC的精確補(bǔ)償,取得了滿意的聚焦效果。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提算法的有效性。
　　4.對(duì)于聚束模式下的同軌雙基SAR構(gòu)型,基于同軌構(gòu)型下嚴(yán)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(gòu)型下聚束式雙基 SAR的頻率變標(biāo)(Frequency Scaling, FS)成像算法。首先,類比單基情形,推導(dǎo)出了雙基地情形下的deramp函數(shù),實(shí)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(wèn)題

7、。然后基于同軌構(gòu)型下嚴(yán)格解析的雙基SAR目標(biāo)二維頻譜,通過(guò)一種適用于聚束式雙基地SAR的FS成像算法校正目標(biāo)的距離徙動(dòng),取得理想的成像效果。FS算法通過(guò)相位相乘代替插值操作實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的距離徙動(dòng)校正,可以實(shí)現(xiàn)快速成像。精確的雙基頻譜使得所提算法可以進(jìn)行長(zhǎng)基線情形下的數(shù)據(jù)處理。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。此外,針對(duì)大斜視情形下SRC的空變問(wèn)題,提出一種基于嚴(yán)格解析雙基頻譜的改進(jìn)頻率變標(biāo)成像算法,通過(guò)非線性變標(biāo)操作消除由大斜視導(dǎo)致的隨距離變化的