雙基SAR成像算法研究.pdf

1、雙基合成孔徑雷達(dá)(BiSAR,BistaticSyntheticApertureRadar)是一種特殊構(gòu)型的合成孔徑雷達(dá)，它的接收機(jī)和發(fā)射機(jī)裝載在不同的飛行平臺(tái)上。這樣的構(gòu)型可以提高數(shù)據(jù)錄取的靈活性，并且擴(kuò)展SAR的應(yīng)用領(lǐng)域?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，雙基合成孔徑雷達(dá)在最近的幾年得到了廣泛的發(fā)展。由于收發(fā)異置，雙基SAR回波信號(hào)的距離歷程是兩個(gè)根號(hào)和的形式，傳統(tǒng)單基SAR的駐定相位點(diǎn)原理無(wú)法求得雙基SAR回波信號(hào)在二維頻率域的精確表達(dá)式。因此，用于

2、單基SAR的頻域算法將不再適用于雙基SAR數(shù)據(jù)處理。針對(duì)上述問(wèn)題，本論文主要對(duì)兩個(gè)方面進(jìn)行研究：(1)任意雙基SAR回波信號(hào)的二維頻譜；(2)雙基SAR成像處理算法。本論文可以概括為以下幾點(diǎn)：
　　1.提出了一種求解任意雙基SAR回波信號(hào)二維頻譜的新方法。實(shí)際上，駐定相位點(diǎn)可以看做是方位頻率的隱函數(shù)。因此，可以用方位頻率的級(jí)數(shù)將其表示。利用所得到的駐定相位點(diǎn)，信號(hào)的二維頻譜也隨即得到。和級(jí)數(shù)反演法(MSR,MethodofSeri

3、esRevision)頻譜類(lèi)似，這里所得到的頻譜的精度都可以通過(guò)保留足夠的項(xiàng)數(shù)而得到控制。從數(shù)學(xué)推導(dǎo)的角度上來(lái)說(shuō)，隱函數(shù)導(dǎo)數(shù)的方法是MSR方法的一種推廣。該方法不僅可以精度較高地得到任意雙基SAR的二維頻譜，在平行等速雙基SAR的構(gòu)型下，通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可以將斜距歷程中的雙根號(hào)和的項(xiàng)化簡(jiǎn)為單根號(hào)項(xiàng)，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于簡(jiǎn)化后續(xù)的成像處理是有益的。作為一個(gè)例子，該部分還將所得到的頻譜應(yīng)用于成像算法，得到了適用于平行等速雙基SAR構(gòu)型的改進(jìn)的距離多普

4、勒算法，并且成功地得到了仿真數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。
　　2.推導(dǎo)了一種針對(duì)任意雙基SAR構(gòu)型的等效單基頻譜。首先，提出了一個(gè)等效單基斜距歷程，這個(gè)斜距歷程由等效單基部分和雙基補(bǔ)償部分組成。這兩個(gè)部分包含了五個(gè)等效參數(shù)。通過(guò)這樣的方法，可以構(gòu)造一個(gè)只有一個(gè)根號(hào)的雙曲線去替代任意雙基SAR的雙根號(hào)和的斜距歷程。其中，等效單基部分包含三個(gè)等效參數(shù)，雙基補(bǔ)償部分包含兩個(gè)等效參數(shù)。利用這樣的斜距歷程，任意雙基SAR的瞬時(shí)斜距可以改寫(xiě)為一個(gè)單基斜距

5、歷程的形式。這樣，基于這個(gè)近似的斜距歷程，其二維頻譜可以通過(guò)駐定相位點(diǎn)原理精確并且直接得到。需要說(shuō)明的是，上述提到的等效單基斜距歷程，其精度相當(dāng)于對(duì)原始雙基SAR斜距歷程以方位時(shí)間為變量的四階泰勒展開(kāi)。因此，即使在非常極端的條件下，比如極高的分辨率以及極大的斜視角情況下，得到的頻譜仍然精度很高，仍然可以適用于回波信號(hào)的聚焦。
　　3.將上一部分得到的等效單基頻譜應(yīng)用到改進(jìn)的距離多普勒算法(RDA,RangeDopplerAlgor

6、ithm)，然后將該算法用于處理平行等速雙基數(shù)據(jù)。這種改進(jìn)的RDA有著和傳統(tǒng)RDA相同的操作流程，但與傳統(tǒng)RDA不同的是，改進(jìn)的RDA當(dāng)中，距離徙動(dòng)校正和方位匹配濾波器是五個(gè)等效參數(shù)的函數(shù)。因此，在這五個(gè)等效參數(shù)未知的情況下，傳統(tǒng)的RDA將無(wú)能為力。在引入等多普勒中心線(EDCL,EqualDopplerCenterLine)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)求解五個(gè)等效參數(shù)的新方法。新方法利用級(jí)數(shù)反演法求解等效參數(shù)，其精度較高，并且比以往的數(shù)值計(jì)算

7、更加容易操作。在平行等速雙基構(gòu)型下，仿真實(shí)驗(yàn)得到了良好的結(jié)果。同時(shí)，本部分的方法還應(yīng)用到了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理上。
　　4.提出一種求解回波信號(hào)的二維頻譜的新方法，這個(gè)方法對(duì)單基SAR和任意雙基SAR都適用。這里首先提出改進(jìn)的有效波長(zhǎng)(MEW,ModifiedEffectiveWavelength)。利用改進(jìn)的有效波長(zhǎng)，回波信號(hào)的二維頻譜可以通過(guò)幾何構(gòu)型直接得到。對(duì)于單基SAR，其推導(dǎo)二維頻譜求解可以避免運(yùn)用駐定相位點(diǎn)時(shí)的解方程過(guò)程。對(duì)

8、于任意雙基SAR，求解二維頻譜的過(guò)程中要用到一個(gè)假設(shè)，即在錄取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的方位時(shí)間相同(實(shí)際上這也是由雙基SAR的時(shí)間同步?jīng)Q定的)。在這個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，可以推導(dǎo)出兩個(gè)獨(dú)立的有效波長(zhǎng)，這樣得到的頻譜具有極高的精度，并且表達(dá)簡(jiǎn)潔。和MSR相似，這個(gè)雙基頻譜的精度也可以通過(guò)增加級(jí)數(shù)的辦法進(jìn)一步提高。所得到的頻譜在很極端的情況下(大斜視以及高分辨)，對(duì)數(shù)據(jù)的處理依然有效。
　　5.最后，基于上一部分的二維頻譜提出兩種分別