高分辨率及新模式SAR成像算法研究.pdf

1、合成孔徑雷達（SyntheticApertureRadar，SAR）成像技術(shù)具有全天候、全天時和遠距離成像的特點，有效地提高了雷達的信息獲取能力，具有重大的軍用和民用價值。獲得高質(zhì)量和高分辨率圖像是SAR成像追求的目標。相對于低分辨率SAR而言，高分辨率SAR要求成像處理更為精確，因此需要構(gòu)建精度更高的成像模型。本文圍繞高速平臺高分辨率SAR成像、大場景超高分辨星載SAR成像、圓軌跡SAR成像、寬測繪帶高分辨率動目標成像和運動參數(shù)估計這

2、幾個方面作了一些工作，具體如下：
　　1.高速平臺高分辨率SAR回波信號分析以及成像處理
　　目前SAR成像處理大多采用了對雷達載體運動的“一步一?！奔僭O(shè)?！耙徊揭煌！奔僭O(shè)忽略了兩種雷達運動，一種是發(fā)射和接收期間的雷達運動，另一種是信號傳輸期間的雷達運動。忽略這兩種雷達運動會使成像處理存在一定誤差，隨著SAR分辨率的提高，這些誤差有可能會影響成像效果。針對這一問題，推導(dǎo)了“一步一?！奔僭O(shè)給成像帶來的誤差，包括：距離向二次相位

3、誤差、距離徙動誤差、方位向三次相位誤差以及方位向偏移，同時，給出了“一步一?！奔僭O(shè)的適用范圍。分析得到：當(dāng)雷達載體為高速運動平臺（例如，衛(wèi)星或高空超音速飛行器）時，在分辨率很高的情況下，“一步一?！奔僭O(shè)帶來的誤差會影響成像質(zhì)量。在一個方位向分辨率為0.2m的星載聚束SAR仿真實驗中，展示了“一步一?！奔僭O(shè)給成像帶來的不可忽略的誤差，仿真實驗驗證了分析的有效性。
　　為了保證大測繪帶寬以及降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫?，脈沖重復(fù)頻率PRF不

4、能過高，但高分辨率成像又需要大方位帶寬，因此接收到的信號通常是方位頻譜混疊的。為了利用條帶SAR成像處理方法對回波進行精確成像處理，需要得到方位頻譜不混疊的數(shù)據(jù)。所提出的高速平臺高分辨率聚束SAR的成像算法借鑒了“兩步”算法的思想，“第一步”采用隨距離頻域空變的方位deramp函數(shù)進行方位deramp處理來去除方位頻譜混疊；“第二步”結(jié)合所提出的精確回波模型的頻域表達式，采用ω-k算法對方位頻譜不混疊的數(shù)據(jù)進行成像處理。方位預(yù)處理仿真實

5、驗展示了隨距離頻率空變的方位deramp函數(shù)在方位解模糊時的優(yōu)勢。點目標SAR成像仿真實驗驗證了所提成像方法的有效性。
　　2.基于修正ω-k算法的大場景超高分辨星載SAR成像處理方法
　　在考慮了星載SAR等效斜視模型誤差補償以及“一步一?！奔僭O(shè)帶來誤差的補償?shù)那闆r下，采用星載等效斜視模型推導(dǎo)了一種基于改進ω-k算法的大場景高分辨率SAR成像算法。成像算法針對傳統(tǒng)ω-k算法中的Stolt插值無法在距離頻域處理等效速度和等效

6、斜視角沿距離向的變化這一問題，首先，分析了采用恒定的等效速度進行Stolt插值給距離徙動校正帶來的誤差，并給出一個超高分辨率下該誤差隨場景距離向?qū)挾茸兓膶嵗?，指出對傳統(tǒng)Stolt插值進行修正的必要性；其次，通過分析等效速度以及等效速度的平方隨距離的變化規(guī)律，對傳統(tǒng)Stolt插值進行了修正；最后，基于修正的Stolt插值，推導(dǎo)得到了沿距離向的成像指標一致的修正ω-k成像算法。仿真實驗驗證了所提算法的有效性。
　　3.圓軌跡SAR快

7、速成像
　　由于圓軌跡SAR特殊的運動軌跡，直線SAR的成像算法不能直接應(yīng)用于圓軌跡SAR數(shù)據(jù)處理。然而，對于圓軌跡SAR系統(tǒng)而言，其響應(yīng)函數(shù)具有“沿角度維平移不變”的特性。因此可以利用這一特性，借鑒條帶SAR成像算法的思想，在頻域研究圓軌跡SAR數(shù)據(jù)的快速成像方法。本文推導(dǎo)了完全精確的柱面坐標系下圓軌跡聚束SAR和圓軌跡環(huán)視SAR的回波頻譜解析表達式。利用條帶SAR成像算法的思想，通過對頻譜的合理近似，給出了圓軌跡SAR的成像算

8、法。仿真實驗驗證了算法的有效性。
　　4.低重頻采樣SAR系統(tǒng)中地面運動目標運動參數(shù)估計與成像
　　基于壓縮感知理論，本文提出一種低重頻采樣SAR系統(tǒng)中地面運動目標高分辨率成像以及運動參數(shù)估計的新方法。該方法利用距離脈壓后的數(shù)據(jù)進行雜波相消以此保留了運動目標信息；去除由雷達載體速度產(chǎn)生的多普勒調(diào)頻項后，采用基于keystone變換的稀疏走動校正的方法對多個運動目標的包絡(luò)進行走動校正；最后，基于壓縮感知理論，本文構(gòu)造冗余基矩陣