高分辨聚束SAR成像和运动补偿算法研究

论文摘要

合成孔径雷达是一种全天候、全天时现代高分辨力成像雷达,被广泛应用于地球遥感、海洋研究、资源勘探、灾情预报和军事侦察等领域。聚束式合成孔径雷达是实现高分辨力成像的常用模式,其天线波束始终照射同一目标区域,增加了回波的相干积累时间,它能够突破固定波束指向SAR成像系统固有的方位向分辨力限制,获得更高的方位向分辨力,在重点小区域高分辨战场侦察成像、对地面目标强击轰炸的精密定位和瞄准以及对地面目标的特征提取等领域具有独特的应用前景。本文从聚束SAR回波信号的特点出发,完成了聚束SAR成像算法和运动补偿方法的研究,并完成了相应的仿真实验分析和具体程序实现。本文的主要内容包括以下三个方面:(1).讨论了常用于聚束SAR数据接收的去调频处理技术,分析了聚束SAR三种数据接收模式下回波信号的特点,给出了聚束SAR与条带SAR的区别与联系。(2).详细讨论了常用于聚束SAR成像的极坐标格式算法和Frequency Scaling算法,并给出了一种基于ChirpZ变换的极坐标格式算法,避免了极坐标格式算法的插值处理,减小了算法的运算量,并进行了相应的仿真实验,最后对三种成像算法进行了总结对比。(3).首先分析了聚束SAR运动误差的产生原因,讨论了运动误差对原始回波信号的影响以及运动误差的表现形式,同时研究了传统运动补偿方法的原理并给出相应的仿真实验结果和实测数据成像结果,最后针对聚束SAR的高分辨力特性,给出了一种改进的运动补偿方法,并通过仿真实验验证了算法的有效性。综上所述,本文分析了聚束SAR回波信号的特点,研究了高分辨聚束SAR的成像算法与运动补偿方法,给出了一种新颖的基于ChirpZ变换的极坐标格式成像算法和一种改进的运动补偿算法,并通过仿真实验验证了算法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景和研究意义
• 1.2 聚束SAR 的发展历程及国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 聚束SAR 基本原理
• 2.1 聚束SAR 成像几何关系
• 2.2 聚束SAR 的距离向和方位向分辨力
• 2.2.1 距离向分辨力
• 2.2.2 方位向分辨力
• 2.3 去调频处理
• 2.3.1 去调频基本原理
• 2.3.2 剩余视频相位的补偿
• 2.4 聚束SAR 数据接收模式
• 2.4.1 基于固定距离去调频接收
• 2.4.2 基于中心距离去调频接收
• 2.4.3 直接接收
• 第三章 聚束SAR 成像算法研究
• 3.1 极坐标格式算法
• 3.1.1 PFA 回波模型
• 3.1.2 插值处理
• 3.1.3 仿真及实验结果
• 3.2 Frequency Scaling 算法
• 3.2.1 频率Scaling 处理
• 3.2.2 二次距离压缩和距离单元徙动校正
• 3.2.3 方位向处理
• 3.2.4 仿真及实验结果
• 3.3 基于ChirpZ 的PFA 算法
• 3.3.1 ChirpZ 变换的基本原理
• 3.3.2 CZT 回波模型
• 3.3.3 利用CZT 实现距离向插值
• 3.3.4 利用CZT 实现方位向压缩
• 3.3.5 仿真及实验结果
• 3.4 三种成像算法的比较
• 第四章 聚束SAR 运动误差分析及运动补偿
• 4.1 天线相位中心（APC）位置误差对回波数据影响的分析
• 4.1.1 法平面内的位置误差
• 4.1.2 沿航线的位置误差影响
• 4.1.3 APC 位置误差对多普勒参数的影响
• 4.2 运动补偿
• 4.2.1 多普勒质心估计
• 4.2.2 多普勒调频斜率估计
• 4.2.3 运动补偿
• 4.2.4 仿真及实验结果
• 4.3 相位梯度自聚焦算法
• 4.3.1 PGA 基本原理
• 4.3.2 仿真及实验结果
• 4.4 高分辨力情况下运动补偿
• 4.4.1 高分辨力情况下运动误差分析及运动补偿研究
• 4.4.2 仿真及实验结果
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果