基于机载合成孔径雷达的目标定位和盲导航技术研究

论文摘要

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达,具有全天时、全天候、远距离成像的能力。随着SAR技术的不断发展,其在军事和民用领域的应用也愈加广泛,基于SAR图像的目标定位与导航技术就是其一。该技术借助SAR实时图像来实现“盲”导航功能,即通过对待定目标区域进行成像后,获取目标的位置信息,并实时地反馈给飞行员,引导飞行器最终完成对目标的打击或物资投放任务。基于此背景,本文完成的主要工作如下:第一章绪论简单回顾了SAR的发展历史,介绍了SAR技术在国内外的发展现状及其应用情况;文中重点探究了SAR在导航方面的应用,总体概括了盲导航系统的方案设计思路,并归纳了其关键技术。雷达运动平台速度的精度直接影响了目标定位效果。据此,第二章详细研究了多普勒测速原理及其应用,并通过仿真验证了该测速技术的有效性,为盲导航系统提供精确的速度参数。第三章主要研究了前斜视聚束模式下的SAR成像处理方法,为了满足实时性要求,采用线性距离多普勒算法,给出了仿真实验结果。文中还进一步分析了图像几何失真产生的机理,进而研究了目标定位和图像几何失真校正算法。针对理想情况,进行了点目标和面目标仿真验证,实验结果验证了该目标定位算法的有效性。第四章重点研究了目标定位精度问题,给出了导致定位误差的参数误差源,即运动参数误差和系统参数取值,以及其对目标定位精度的影响情况,这为实际系统设计提供了参考。结合上述误差分析理论,文中进行了综合仿真实验,实验结果与理论计算一致。第五章以环视SAR数据为算例,验证了本文研究的盲导航系统实现方案的可行性,利用上文所述算法对环视SAR回波数据进行了成像处理和目标定位计算,并针对环视SAR数据特点,给出了一种综合化的误差估计和补偿方法,仿真数据结果验证了该补偿方案的有效性。第六章结束语对全文工作进行了总结,并指出了整体方案下一步工作的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基于SAR 的导航定位系统研究现状
• 1.3 盲导航系统整体设计
• 1.4 盲导航系统关键技术分析
• 1.5 论文研究内容
• 第二章 多普勒测速技术
• 2.1 引言
• 2.2 多普勒测速技术的工作原理
• 2.3 多普勒测速的设计
• 2.3.1 波束布局
• 2.3.2 天线稳定
• 2.3.3 多普勒测速公式推导
• 2.4 多普勒测速仿真实验
• 2.5 本章小结
• 第三章 前斜视聚束模式下SAR 成像和定位算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 LRD 成像算法
• 3.2.1 距离压缩
• 3.2.2 距离对准
• 3.2.3 相位补偿
• 3.3 前斜视聚束模式下SAR 成像仿真实验
• 3.3.1 成像几何模型
• 3.3.2 系统仿真参数设置和仿真结果
• 3.4 目标定位算法研究
• 3.4.1 几何失真产生机理
• 3.4.2 LRD 算法中SAR 图像目标定位算法
• 3.5 定位算法仿真实验
• 3.6 绝对位置参数传递
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于SAR 图像的目标定位误差分析
• 4.1 引言
• 4.2 成像和定位误差的分析
• 4.2.1 成像和定位误差分析的几何模型
• 4.2.2 参数的测量误差对成像的影响
• 4.2.3 参数测量误差对目标定位的影响
• 4.3 误差分析结果
• 4.3.1 各成像参数测量误差对成像和定位的影响分析结果
• 4.3.2 系统参数的设置对目标定位精度的影响
• 4.4 综合仿真实验
• 4.4.1 测量参数误差对目标定位的影响实验
• 4.4.2 系统参数设置对目标定位的影响实验
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于环视SAR 的盲导航定位方案设计验证研究
• 5.1 引言
• 5.2 环视SAR 成像算法
• 5.2.1 成像几何模型
• 5.2.2 子孔径成像
• 5.2.3 目标定位和几何失真校正算法
• 5.3 环视SAR 几何失真校正和目标定位误差分析
• 5.3.1 误差的定义和误差源
• 5.3.2 成像和定位误差分析的几何模型
• 5.3.3 参数测量误差对几何失真校正和目标定位的影响
• 5.3.4 仿真实验与结果分析
• 5.4 参数误差的补偿方案研究
• 5.4.1 速度和天线扫描角参数估计
• 5.4.2 高度估计
• 5.4.3 综合估计误差
• 5.4.4 参数估计仿真实验验证
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文