星機(jī)雙基地SAR成像機(jī)理與算法研究.pdf

1、與單基地SAR相比，雙基地SAR可以獲取目標(biāo)的豐富信息，提高系統(tǒng)的抗摧毀性，抗隱身性等優(yōu)點(diǎn)。在地形測(cè)繪、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視、地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)偵查等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。雙基地SAR的收發(fā)裝置位于不同的載體上；例如，飛機(jī)、衛(wèi)星以及固定的高塔。星載-機(jī)載混合BiSAR(SA-BiSAR)是由衛(wèi)星作為發(fā)射機(jī)，飛機(jī)作為接收機(jī)所組成的系統(tǒng)。 衛(wèi)星按照用途可分為通信、氣象、偵察、導(dǎo)航、測(cè)地、地球資源和多用途衛(wèi)星等。與導(dǎo)航衛(wèi)星相比，由合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星組成

2、的SA-BiSAR系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)處理過程相對(duì)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、可獲得高分辨率圖像。雖然，其應(yīng)用領(lǐng)域和使用范圍受到衛(wèi)星過境時(shí)間和照射區(qū)域的限制。但是，SA-BiSAR利用現(xiàn)有的衛(wèi)星資源(本國(guó)的或者國(guó)外的)；可實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性、高穩(wěn)定性的高分辨率成像。 由于衛(wèi)星和飛機(jī)在速度上存在著巨大的差異；與機(jī)載/星載BiSAR相比，SA-BiSAR的距離歷程呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，導(dǎo)致了SA-BiSAR具有明顯的二維移變特性(距離向和方位

3、向)。因此，對(duì)于SA-BiSAR系統(tǒng)而言，在成像機(jī)理、運(yùn)動(dòng)誤差分析、成像算法以及運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)确矫孢€需要進(jìn)一步的研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)為： 1．在成像機(jī)理與回波信號(hào)模擬方面，提出了用收發(fā)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡在地面投影的方法來(lái)表征雙基地幾何的差異程度；在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了BiSAR技術(shù)指標(biāo)(基線距離、雙基地角和距離/方位分辨率)與雙基地幾何之間的解析表達(dá)式。在考慮地球自轉(zhuǎn)的情況下，提出了用坐標(biāo)變換的方法，解決了近地空間與外太空之間距

4、離的計(jì)算問題；實(shí)現(xiàn)了任意幾何模型下更為精確的SA-BiSAR回波模擬。同時(shí)，利用此方法，也可獲得直達(dá)波信號(hào)。 2．在方位向移變特性與多普勒特性方面，研究了平飛非等速BiSAR方位向移變的問題，運(yùn)用Taylor多項(xiàng)式展開的分析方法，推導(dǎo)出了方位向移變量的解析表達(dá)式，仿真結(jié)果與理論分析相吻合。同時(shí)，研究了SA-BiSAR多普勒特性。提出了用矢量法來(lái)計(jì)算多普勒中心頻率和多普勒調(diào)頻率的方法；通過分析收發(fā)平臺(tái)波束的運(yùn)動(dòng)軌跡，推導(dǎo)出了合成孔

5、徑時(shí)間和方位向分辨率的計(jì)算公式。文中給出相應(yīng)的仿真并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。 3．在BiSAR成像算法方面，當(dāng)雙基地幾何為非平飛模式情況下，研究了BP成像算法的聚焦效果；當(dāng)雙基地幾何為平飛模式，提出了一種適合于SA-BiSAR改進(jìn)的RD成像算法；在PPS參數(shù)估計(jì)方面，然后運(yùn)用其它成像算法來(lái)獲得圖像。本文提出了用HAF方法來(lái)確定初始值，并且用NM單純形算法作為搜索方法的極大似然參數(shù)估計(jì)方法。在較低SNR的情況下，改進(jìn)了算法的估計(jì)性能。

6、 4．在運(yùn)動(dòng)誤差分析與補(bǔ)償方面，提出了可以同時(shí)描述速度誤差和姿態(tài)誤差的幾何模型。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出了距離誤差方程的表達(dá)式；歸納出了三種誤差類型并且分析了各類誤差的來(lái)源及其特點(diǎn)。同時(shí)，利用仿真的回波數(shù)據(jù)，進(jìn)行成像處理后，表明了誤差分析結(jié)果的正確性。 5．在相位噪聲對(duì)SA-BiSAR成像的影響方面，研究了機(jī)載SAR在靜態(tài)條件和振動(dòng)條件下相位噪聲的變化情況。基于兩個(gè)獨(dú)立非同分布的振蕩器模型，推導(dǎo)了振蕩器的單邊帶譜密度和SA-Bi