PFA在SAR超高分辨率成像和SAR-GMTI中的應(yīng)用研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(SAR)是現(xiàn)代遙感領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)，相比光學(xué)和紅外遙感，SAR能夠全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)距離地對目標(biāo)進(jìn)行高分辨率成像，具有重要的軍用和民用價(jià)值。SAR區(qū)別于其他雷達(dá)的最重要特征是其具有高分辨率特性，因而追求更高的分辨率始終是SAR成像不懈追求的目標(biāo)。同時(shí)，隨著SAR技術(shù)的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也得到不斷擴(kuò)展，近年來，利用SAR對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行檢測和成像也逐漸成為SAR領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
　　 成像算法是SAR信號處理的

2、核心。在眾多的SAR成像算法中，極坐標(biāo)格式算法（PFA）因其在成像效率、補(bǔ)償雷達(dá)平臺非共面飛行和校正運(yùn)動目標(biāo)線性距離走動等方面的優(yōu)異性能而備受重視。但是，經(jīng)典的PFA存在波前彎曲近似，成像結(jié)果幾何保真度和有效成像場景大小都受到一定限制。通過算法改進(jìn)后，成像處理精度能夠得到極大改善，但隨著分辨率的進(jìn)一步提高，已有的改進(jìn)算法仍然無法滿足成像精度要求，特別是在SAR超高分辨率成像和對圖像幾何精度要求非常高的拼接成像處理中(如條帶SAR拼接成像

3、、環(huán)視SAR拼接成像等)，因此有必要對PFA做進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。本文研究的目的是通過對原有改進(jìn)的PFA做進(jìn)一步改進(jìn)和拓展，解決多平臺、多模式、復(fù)雜運(yùn)動條件下的高分辨率SAR成像問題。
　　 論文第一章緒論，回顧了SAR技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了國內(nèi)外SAR超高分辨率成像和SAR/GMTI的研究現(xiàn)狀，并介紹了本文的研究背景和主要工作。
　　 論文第二章對PFA算法進(jìn)行了深入研究。首先簡要介紹了PFA成像的原理，然后從距離徙動

4、校正角度分析了極坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換過程，通過分析指出極坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換實(shí)質(zhì)上可以分解為距離和方位兩個(gè)尺度變換，其中方位尺度變換中包含一個(gè)keystone變換。利用極坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換的尺度變換機(jī)理，對基于chirp scaling原理的極坐標(biāo)格式算法進(jìn)行了新的解釋。最后，針對以往PFA波前彎曲誤差分析中由于對差分距離采用了二階泰勒近似導(dǎo)致精度不能滿足要求的問題，采用新的方法推導(dǎo)了更加精確的波前彎曲誤差公式。
　　 論文第三章研究PFA波前彎曲補(bǔ)

5、償問題。首先，利用更加精確的波前彎曲誤差公式，對已有的兩種波前彎曲誤差補(bǔ)償算法（即基于子孔徑處理的補(bǔ)償算法和基于空變后處理的補(bǔ)償算法）進(jìn)行了改進(jìn)，進(jìn)一步增大了PFA的有效成像場景范圍并改善了成像幾何保真度。最后，從計(jì)算效率、波前彎曲誤差補(bǔ)償精度和對慣導(dǎo)精度要求等方面對兩種算法進(jìn)行了分析比較。
　　 論文第四章研究改進(jìn)的PFA在多種模式SAR成像中的應(yīng)用。提出了一種能夠適應(yīng)超高分辨率成像要求的自聚焦算法，并將其與改進(jìn)的PFA算法結(jié)

6、合，給出了一套能夠滿足大機(jī)動、大斜視條件下對大場景范圍進(jìn)行超高分辨率成像要求的信號處理流程。對于條帶成像模式，基于上述區(qū)域聚束成像原理，提出了一套通過對相鄰區(qū)域成像結(jié)果進(jìn)行拼接成像的條帶SAR信號處理流程。對于大機(jī)動條件下的環(huán)視SAR成像，首先推導(dǎo)得到了雷達(dá)平臺俯沖飛行條件下的波前彎曲誤差公式，并利用新的公式對原有改進(jìn)PFA算法做了進(jìn)一步的改進(jìn)，然后將其應(yīng)用于環(huán)視SAR信號處理，提出了一套大機(jī)動條件下的環(huán)視SAR成像信號處理流程。最后，

7、通過實(shí)測數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證了改進(jìn)的PFA算法在多種模式SAR成像處理中的穩(wěn)定成像能力。
　　 論文第五章研究SAR運(yùn)動目標(biāo)特性。首先，建立運(yùn)動目標(biāo)的SAR誤差譜模型，然后推導(dǎo)了運(yùn)動目標(biāo)經(jīng)過RMA和PFA處理后的誤差譜表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上，通過對動目標(biāo)誤差譜的討論，給出了這兩種算法完整的動目標(biāo)響應(yīng)特征（包括目標(biāo)幾何定位、殘留距離徙動和散焦特性）分析。最后，通過仿真數(shù)據(jù)處理對理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 論文第六章研究三通道SAR