移變雙基地SAR成像理論與方法研究.pdf

1、雙基地 SAR做為一種發(fā)射機與接收機分置于不同運動平臺的新體制 SAR，與傳統(tǒng)單站SAR相比具有明顯的優(yōu)勢：能夠獲取目標(biāo)更加豐富的散射信息，具有更強的抗摧毀能力和抗干擾能力等。從事物發(fā)展的一般規(guī)律來看，移變雙基地SAR的發(fā)射機與接收機運動速度矢量可以不同，與平飛構(gòu)型雙基地 SAR相比，其空間配制更為靈活，具有更廣闊的應(yīng)用范圍。但這種靈活的幾何構(gòu)型給成像處理帶來新的困難，由此而衍生的問題已經(jīng)成為SAR領(lǐng)域的熱門研究課題。
　　本文在

2、國家自然科學(xué)基金的支持下，對移變雙基地SAR成像進(jìn)行深入研究。
　　在成像理論方面，建立了移變雙基地SAR的“等效單站距離歷史”模型，基于該模型能夠直接利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)單站 SAR成像算法對雙基地 SAR回波進(jìn)行聚焦；建立了“同函數(shù)距離歷史集”，用來分析雙基地SAR距離歷史的空變特性。根據(jù)雷達(dá)成像中最基本的匹配濾波原理，建立雙基地SAR成像算法的基本模型，以此為基礎(chǔ)，通過一定的近似條件，能夠設(shè)計出雙基地SAR快速成像算法；利用距離和

3、多普勒的概念，推導(dǎo)雙基地 SAR的空間分辨率，做為評價雙基地 SAR系統(tǒng)性能、設(shè)計飛行方案的理論依據(jù)。
　　在成像處理方面，本文從不同的角度，提出四種適用于移變雙基地SAR的成像算法，并對每種算法分別用機載雙基地 SAR仿真點目標(biāo)回波、星機雙基地SAR仿真點目標(biāo)回波和機載雙基地SAR實測回波數(shù)據(jù)驗證成像算法的有效性。
　　1、提出一種基于二維非均勻快速傅里葉變換的雙基地 SAR極坐標(biāo)成像算法。根據(jù)匹配濾波原理，推導(dǎo)出雙基地S

4、AR極坐標(biāo)成像算法；針對傳統(tǒng)極坐標(biāo)格式處理中數(shù)據(jù)利用率低的問題，將一維非均勻快速傅里葉變換推廣至二維，用來解決極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題；該方法能夠充分利用回波數(shù)據(jù)，獲得理想的聚焦性能。
　　2、提出一種基于廣義Keystone變換的雙基地SAR成像算法。對雙基地SAR距離徙動校正進(jìn)行研究，針對原始 Keystone變換僅能處理線性距離徙動，導(dǎo)致成像質(zhì)量下降的問題，推導(dǎo)出一種新的變換方法，命名為“廣義 Keystone變換”，這種數(shù)據(jù)變換

5、方法能夠有效地校正非線性距離徙動；用廣義 Keystone變換校正雙基地 SAR距離徙動，與原始 Keystone變換相比，該方法不僅能夠得到更佳的聚焦性能，而且能夠處理更廣的成像區(qū)域。
　　3、提出一種基于最優(yōu)投影空間的雙基地SAR成像算法。將雙基地SAR距離歷史在投影空間上展開的近似誤差均方差做為評價投影空間的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)Karhunen-Loeve展開原理，推導(dǎo)出均方誤差意義下的最優(yōu)投影空間；將雙基地SAR回波數(shù)據(jù)映射至最優(yōu)投

6、影空間，能夠得到均方誤差意義下最優(yōu)的聚焦質(zhì)量。
　　4、提出一種基于 MSR頻譜模型的雙基地 Omega-K頻域成像算法。針對原始 MSR頻譜表達(dá)式繁瑣且缺乏幾何意義的不足，推導(dǎo)出更為簡潔且富有幾何意義的改進(jìn)形式；基于改進(jìn)形式的頻譜模型，根據(jù)傳統(tǒng)單站 SAR的 Omega-K成像原理，推導(dǎo)出雙基地 SAR的 Stolt映射；利用該映射能夠消除二維頻譜的耦合，實現(xiàn)雙基地SAR回波數(shù)據(jù)進(jìn)行良好聚焦。
　　在系統(tǒng)誤差補償方面，將雙

7、基地SAR的平臺運動誤差、時間同步誤差和頻率同步誤差統(tǒng)一歸結(jié)為相位誤差，根據(jù)這三種誤差的作用機制，建立考慮系統(tǒng)誤差因素的雙基地SAR回波信號模型，做為研究系統(tǒng)誤差補償方法的依據(jù)；將雙基地SAR相位誤差分解為快頻率無關(guān)相位和快頻率線性相關(guān)相位，分別在四種誤差形式下，定量分析雙基地SAR相位補償?shù)囊?；基于相位誤差模型，提出一種基于CUDA并行處理的系統(tǒng)相位誤差補償方法，對雙基地SAR回波信號進(jìn)行處理，改善成像質(zhì)量。
　　總之，本文對