弹载SAR成像算法及运动补偿研究

论文摘要

合成孔径雷达（SAR）是一种通过脉冲压缩技术和综合孔径原理获得二维高分辨率图像的技术,它在经济、科学研究和军事领域都有广阔的应用。弹载SAR是合成孔径雷达的一个重要分支,利用合成孔径雷达获取高清晰地貌图像提高导弹对目标的命中精度,其军事意义很大,因而近年来弹载SAR的研究也逐渐升温。然而,由于导弹运动速度高、机动性大、运动姿态存在随机偏差等特点,要实时生成高分辨率的SAR图像,必须研究高效的成像算法以及和成像算法相结合的高精度实时运动补偿算法。首先,本文根据脉冲压缩原理和合成孔径技术,从距离向分辨率和方位向分辨率的角度阐述了合成孔径雷达工作原理,并在此基础上,详细介绍了经典的R-D成像算法。针对弹载SAR对实时性要求高以及弹载雷达天线方位孔径较小等特点,在R-D算法的基础上,结合Dechirp技术和SPECAN处理,给出了一种适合弹载条件的子孔径成像算法。SAR要求天线相位中心的运动状态为匀速直线运动,但对弹载SAR而言,载体本身的典型运动轨迹并非匀速直线的理想运动状态。这种非理想运动会造成SAR成像质量下降,分辨率降低。因此,运动补偿是弹载SAR实现的重要环节。论文详细分析了SAR载体平台的平移运动误差,将其分为地速方向误差和视线方向误差,并建立两个方向上运动误差模型。基于此模型,研究了运动误差对成像质量（积分旁瓣比,分辨率等）的影响,并通过分析运动误差引起的回波多普勒相位误差的基础上,给出了适合实时处理的运动补偿方法。最后,本文给出了一种结合实时运动补偿的R-D成像算法,从仿真角度验证了算法的可行性和有效性,完成了该算法的成像仿真软件,并将其运用到“弹载SAR XX技术”项目。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 合成孔径雷达简介
• 1.2 合成孔径雷达发展历史
• 1.3 弹载SAR 的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 SAR 基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 合成孔径原理
• 2.3 SAR 成像原理
• 2.3.1 成像理论模型
• 2.3.2 SAR 系统响应函数与距离徙动
• 2.3.3 距离向分辨率
• 2.3.4 方位向高分辨率的获取
• 2.3.5 成像分辨率与实时性
• 2.4 本章小结
• 第三章 弹载SAR 成像算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 弹载SAR 回波信号模型及特点
• 3.3 弹载SAR 实时成像算法的选择
• 3.4 经典的距离多普勒（R-D）算法
• 3.4.1 R-D 算法简介
• 3.4.2 R-D 算法原理
• 3.4.3 R-D 算法仿真
• 3.5 结合SPECAN 处理R-D 算法
• 3.5.1 去调频率法（Dechirp）
• 3.5.2 距离走动校正
• 3.5.3 子孔径成像与SPECAN 处理
• 3.5.4 仿真结果及分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 弹载SAR 运动误差分析及补偿算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 弹载SAR 运动误差分析
• 4.3 沿视线方向运动误差
• 4.3.1 沿视线方向误差分析
• 4.3.2 沿视线方向误差对成像的影响
• 4.3.3 沿视线方向运动误差补偿算法
• 4.3.4 仿真分析
• 4.4 沿航线方向运动误差
• 4.4.1 沿航线方向误差分析
• 4.4.2 沿航线误差对成像的影响
• 4.4.3 沿航线误差补偿算法
• 4.4.4 仿真分析
• 4.5 运动参数的获取
• 4.6 本章小结
• 第五章 结合实时运动补偿的R-D 算法
• 5.1 结合实时运动补偿的RD 算法
• 5.2 成像仿真软件模块实现
• 5.3 结合实时运动补偿的RD 算法仿真
• 5.3.1 点目标仿真
• 5.3.2 场景仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在攻读硕士学期间的研究成果