非合作星地双基地SAR成像算法及相关技术研究

论文摘要

双基地合成孔径雷达(SAR)是一种将接收系统和发射系统分置于不同平台上的新型SAR体制。与常规的单基地SAR相比,双基地SAR具有获取目标信息丰富、隐蔽性高和抗干扰性强等优点,在军事和国民经济的诸多领域均有良好的应用前景。近年来,双基地SAR已成为国际SAR技术研究的一个新热点。本文首先分析了任意飞行模式下的双基地SAR系统,建立了几何模型和回波信号模型,分析了其多普勒特性、分辨率特性和双基地雷达方程等,得出双基地SAR回波信号特性与收发布局模式密切相关。然后重点研究了非合作星地双基地SAR模式,并建立了该模式下的几何模型和回波信号模型,分析了其多普勒特性、分辨率特性和测绘带特点等。较深入的研究了双基地SAR成像算法。分析并给出了适合非合作星地双基地SAR模式的双基地RD算法和双基地BP算法。通过对点目标及面目标仿真数据成像处理,验证了两种算法的有效性和适用性。最后对两种算法的成像效果和运算量进行了分析和比较。多普勒参数估计方法是RD算法的关键技术,也是进行运动补偿的必要步骤。本文首先对几种典型的相位误差进行了分析,通过仿真给出了它们对成像带来的影响。接着分析研究了四种多普勒参数估计法,通过仿真验证了它们在非合作星地双基地SAR模式下的有效性和适用性。并对各种算法的估计精度进行了比较。仿真结果表明:在多普勒中心频率的估计中,图像域能量均衡法的估计精度要高于回波域能量均衡法;在多普勒调频斜率的估计中,相位梯度法的估计精度要高于子视图法。分析研究了双基地同步误差对成像的影响。对存在收、发系统照射同步误差、时间同步误差和频率同步误差的三种情况分别进行了仿真研究,给出了它们对成像处理带来的影响。本文最后介绍了一款适用于星地双基地SAR回波数据采集的接收机系统。给出了该接收机系统的组成和工作原理。介绍了接收机室内测试过程,并对采集到的数据进行了初步成像处理,验证了接收机系统的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文内容及结构安排
• 第二章 双基地SAR 系统的基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 任意飞行模式下的双基地SAR 系统模型
• 2.2.1 几何模型
• 2.2.2 回波信号模型
• 2.3 双基地SAR 分辨率
• 2.3.1 距离向分辨率
• 2.3.2 方位向分辨率
• 2.4 双基地SAR 的雷达方程
• 2.5 非合作星地双基地SAR 系统
• 2.5.1 非合作的概念
• 2.5.2 几何模型
• 2.5.3 星载SAR 距离等式的双曲线模型
• 2.5.4 回波信号模型
• 2.5.5 多普勒特性
• 2.5.6 测绘带特点
• 2.6 本章小结
• 第三章 星地双基地SAR 成像算法
• 3.1 引言
• 3.2 SAR 成像机理及回波数据格式
• 3.2.1 SAR 成像机理
• 3.2.2 回波数据格式
• 3.3 Range Doppler 成像算法
• 3.3.1 RD 算法原理
• 3.3.2 RD 算法流程
• 3.4 Back Projection 成像算法
• 3.4.1 BP 算法原理
• 3.4.2 BP 算法流程
• 3.4.3 插值处理
• 3.5 成像算法仿真与结果分析
• 3.5.1 算法仿真结果
• 3.5.2 各算法性能比较
• 3.5.3 各算法运算量比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 星地双基地SAR 多普勒参数估计
• 4.1 引言
• 4.2 相位误差
• 4.2.1 低频相位误差
• 4.2.2 高频相位误差和宽带相位误差
• 4.3 多普勒中心频率估计
• 4.3.1 回波域能量均衡法
• 4.3.2 图像域能量均衡法
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 多普勒调频斜率估计
• 4.4.1 子视图相关法
• 4.4.2 相位梯度自聚焦法
• 4.4.3 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 同步误差对成像的影响
• 5.1 引言
• 5.2 收、发波束的照射同步误差
• 5.3 收、发系统间触发信号同步误差
• 5.4 发射信号与接收机本振信号间频率同步误差
• 5.4.1 回波信号的相位误差模型
• 5.4.2 固定频率误差的影响
• 5.4.3 线性时变频率误差的影响
• 5.4.4 正弦频率误差的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 星地双基地SAR 接收机系统及测试
• 6.1 引言
• 6.2 接收机系统原理
• 6.2.1 射频前端单元
• 6.2.2 正交解调单元
• 6.2.3 数据采集存储单元
• 6.3 接收机系统调试
• 6.4 回波数据采集及处理实验
• 6.5 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 全文总结及主要工作
• 7.2 下一步工作建议及未来研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间的研究成果