單-雙基SAR成像和運動補償研究.pdf

1、合成孔徑雷達(SAR)具有全天候、全天時和遠距離成像的特點，可以大大提高雷達的信息獲取能力，特別是戰(zhàn)場感知能力，對軍用和民用均有重要的應用價值。
　　 SAR是通過采用寬頻帶信號來實現(xiàn)距離維的高分辨率，通過載體的運動形成長的線性合成陣列來實現(xiàn)方位維的高分辨率。近十余年來，SAR已經(jīng)在各種平臺上得到了廣泛應用，其載體可能是中、低空飛行的輕型飛機、直升機或者無人機等。受氣流擾動的影響，載體在飛行過程中不可避免地會偏離理想的勻速直線運

2、動狀態(tài)產(chǎn)生運動誤差，導致成像質量嚴重下降。特別是在目前國產(chǎn)慣導精度有限的情況下，研究基于回波數(shù)據(jù)的運動補償方法對實現(xiàn)機載SAR的高分辨成像具有重要意義。
　　 常規(guī)的運動補償方法主要針對正側視的窄波束SAR，并且在處理中忽略了地面的地形起伏。然而在許多實際應用中這些條件并不滿足，比如雷達可能工作在斜視模式，雷達的波束寬度可能較寬，地面的地形起伏也可能較大，因而有必要對常規(guī)運動補償方法在各種情況下的適用性進行深入研究。
　　

3、 與傳統(tǒng)的單基SAR相比，收發(fā)分置的雙基SAR具有很好的技術優(yōu)勢，比如作用距離更遠、獲取信息更豐富、機動性和隱蔽性更高、抗干擾和抗截獲性能更好等。這些優(yōu)勢使得雙基SAR在軍事應用、資源調查、InSAR三維重建、地殼形變監(jiān)測等方面有著廣闊的應用前景。然而這些好處的獲得是以系統(tǒng)復雜性為代價的，雙基SAR還需要突破成像算法和運動補償?shù)汝P鍵技術。
　　 本論文主要圍繞以上幾個方面做了一些工作，現(xiàn)概括如下：
　　 1.系統(tǒng)地研究

4、了機載正側視SAR的運動補償。在分析正側視SAR運動誤差模型的基礎上，提出了一種基于回波數(shù)據(jù)的運動參數(shù)提取和運動補償方案，有效降低了系統(tǒng)對慣導的要求。該方法的基本思路如下：首先對回波數(shù)據(jù)沿方位向劃分子孔徑，接著對子孔徑多個距離單元的數(shù)據(jù)估計多普勒調頻率，然后利用多普勒調頻率對運動參數(shù)進行加權最小二乘估計，最后利用估計的運動參數(shù)分別完成視線方向和沿航向運動誤差的補償。
　　 2.對運動補償中的幾何形變問題進行了分析，提出了校正方法

5、。
　　 3.分析指出了地形起伏較大、雷達波束寬度較寬及雷達斜視角較大時常規(guī)運動補償方法的局限性，分別給出了這三種情況下的改進方法。同時也分析了運動補償后的殘余誤差對最終SAR圖像的影響。
　　 4.分析了相位梯度自聚焦補償算法中特顯點選取原則的不足，提出了一種改進算法。該算法可以自適應地選取SAR圖像中質量最好的孤立特顯點用于自聚焦，在存在連片強雜波的場景中自聚焦效果更好。
　　 5.提出了一種適用于平行等速雙

6、基SAR的擴展Chirp Scaling成像算法。該算法通過級數(shù)反演法來計算目標的二維頻譜，通過雙基參數(shù)的數(shù)值近似來得到距離空變量的解析表達式，通過CS變標的方法來實現(xiàn)目標的距離徙動校正。該算法可看作是單基SAR中的ECS算法在雙基SAR中的推廣，其優(yōu)點在于不需要插值、適用范圍廣、精度高。
　　 6.提出了一種適用于小斜視角雙基聚束式SAR的頻率變標算法。該算法可看作單基SAR的頻率變標算法在雙基情況的推廣，能在長基線情況下實現(xiàn)

7、高分辨成像。另外，該算法將數(shù)值方法和方位Deramp技術相結合，解決了星載雙基聚束情況可能出現(xiàn)的方位頻譜混迭的問題。
　　 7.針對斜視角較大的情況，應用非線性變標的思想，提出了一種適用于大斜視角雙基SAR的頻率變標算法。該算法進一步考慮了隨距離變化的二次距離壓縮，可以用于較大斜視角的雙基SAR成像。
　　 8.研究了衛(wèi)星/飛機組合的這種廣義雙基SAR的成像算法問題。分析指出駐相點展開法的精度與收發(fā)平臺的速度及收發(fā)系統(tǒng)的

8、斜視角度有關，因而該方法不適合星機雙基SAR。提出了兩種計算星機雙基SAR目標二維頻譜的方法，第一種為解析式法，該方法的運算量小，精度較高，適合方位波束寬度較窄的星機雙基SAR；第二種為數(shù)值方法，該方法的運算量比第一種大，但優(yōu)點是可以得到準確的目標二維頻譜，適合各種情況的星機雙基SAR。
　　 9.研究了雙基SAR的運動補償。通過對雙基SAR運動誤差模型的分析，提出了一種基于數(shù)據(jù)的收發(fā)平臺三維運動誤差的估計和補償方法。該方法直接