高分辨率机载SAR地面/海面运动目标成像技术研究

论文摘要

利用合成孔径雷达对运动目标高分辨率成像，在军事上具有重要的应用价值，合成孔径雷达运动目标成像已经成为国内外SAR技术研究的一个重要方向。本论文深入开展了高分辨率机载SAR地面／海面运动目标成像研究，主要包括：单天线机载SAR地面运动目标高分辨率成像、海面运动舰船目标高分辨率成像、基于单通道机载SAR二维图像序列的运动目标三维重构以及基于三天线机载干涉SAR的运动目标三维成像方法。论文的主要贡献有： 1．利用高分辨率机载SAR数据，开展了地面运动目标的高分辨率成像研究。在对地面运动目标回波信号的距离徙动校正过程中，不但考虑了运动目标的距离走动校正，还充分考虑了回波信号的距离弯曲校正，从而有助于运动目标的高分辨率成像。同时，针对地面上存在多个运动目标的情况，提出了一种改进的多运动目标情况下的距离弯曲校正方法。利用时频分析成像手段，获得了多运动目标情况下的聚焦图像。实际数据的处理结果，表明了该方法的有效性。 2．本文研究了合成孔径成像时间较长情况下，海面运动舰船目标的高分辨率SAR成像问题。提出了一种适合于运动舰船目标的距离徙动校正方法。同时，针对舰船目标上强散射点较多的情况，利用副瓣抑制技术CDA(Complexdual Apodization)和时频分析方法的组合应用，实现了在不降低图像分辨率情况下的副瓣抑制。最后，利用实际数据验证了该方法，得到较好的图像结果。 3．本论文尝试着将光学领域的图像处理方法——因子分解法引入到SAR运动目标图像处理领域，该方法利用连续的二维图像序列实现目标的三维重构。在机载SAR运动目标成像处理中，利用时频分析成像方法可以获得连续的SAR运动目标二维图像序列，通过因子分解法对二维图像序列进行处理，实现运动目标三维重构，最后给出了真实SAR数据的运动舰船目标三维重构结果。 4．本文利用干涉SAR技术研究了运动目标的三维成像问题。文章方法适用于地面运动目标及海面运动舰船目标的三维成像，运动目标可以同时存在三维运动。回波信号利用KEYSTONE变换和高阶相位拟合法实现距离徙动校正，采用

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外的研究进展
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 论文的主要贡献
• 第二章 机载SAR运动目标检测和成像基础理论
• 2.1 SAR运动目标回波信号
• 2.1.1 SAR运动目标回波信号模型
• 2.1.2 目标运动对 SAR图像的影响
• 2.2 SAR运动目标检测方法
• 2.2.1 频域滤波法
• 2.2.2 DPCA技术
• 2.2.3 ATI技术
• 2.3 小结
• 第三章 单天线机载SAR地面运动目标成像
• 3.1 引言
• 3.2 地面运动目标距离徙动校正
• 3.2.1 地面运动目标与静止杂波分离
• 3.2.2 KEYSTONE变换
• 3.2.3 高阶相位拟合技术
• 3.3 运动参数估计
• 3.3.1 运动目标径向速度估计
• 3.3.2 运动目标方位向速度估计
• 3.4 时频分析成像方法
• 3.4.1 时频分析基本理论
• 3.4.1.1 短时傅立叶变换
• 3.4.1.2 Wigner-Vill分布
• 3.4.2 时频分析在运动目标成像中的应用
• 3.5 真实数据处理结果
• 3.5.1 单个运动目标成像处理
• 3.5.2 多个运动目标成像处理
• 3.6 小结
• 第四章 单天线机载SAR海面运动舰船目标成像
• 4.1 引言
• 4.2 海面运动舰船回波信号分析
• 4.3 海面运动舰船距离徙动校正方法
• 4.3.1 距离弯曲粗校正
• 4.3.2 距离弯曲精校正
• 4.4 运动舰船目标成像和图像副瓣抑制方法
• 4.4.1 CDA副瓣抑制技术
• 4.4.2 时频分析成像方法和CDA技术的组合应用
• 4.5 实际数据处理结果
• 4.6 小结
• 第五章 基于二维图像序列的单天线机载SAR运动目标三维重构
• 5.1 引言
• 5.2 因子分解法基本理论
• 5.2.1 因子分解法概述
• 5.2.2 因子分解法测量矩阵
• 5.2.3 秩定律
• 5.2.4 近似秩定律
• 5.2.5 条件约束
• 5.2.6 因子分解法具体实现
• 5.3 连续因子分解法
• 5.3.1 连续因子分解法概述
• 5.3.2 特征向量计算方法
• 5.3.2.1 幂计算法
• 5.3.2.2 正交迭代法
• 5.3.3 连续形状空间计算
• 5.3.4 形状空间的固定理论
• 5.3.5 连续因子分解法的条件约束
• 5.4 利用SAR图像序列进行三维成像
• 5.4.1 SAR运动舰船目标二维成像
• 5.4.2 SAR二维图像序列特征点坐标获取
• 5.4.3 三维图像数据内插
• 5.5 真实数据处理结果
• 5.6 小结
• 第六章 三天线机载InSAR运动目标三维成像技术研究
• 6.1 引言
• 6.2 干涉SAR概述
• 6.2.1 干涉 SAR基本概念
• 6.2.2 干涉 SAR工作原理
• 6.3 三天线干涉 SAR运动舰船目标三维成像几何模型
• 6.3.1 三天线干涉SAR几何模型
• 6.3.2 舰船目标旋转运动模型
• 6.3.3 多基准点坐标系转换
• 6.3.4 三维运动目标回波数据生成
• 6.4 SAR运动目标距离徙动校正
• 6.4.1 距离走动校正
• 6.4.2 距离弯曲校正
• 6.5 运动目标图像配准
• 6.5.1 运动目标距离向配准
• 6.5.2 运动目标方位向配准
• 6.5.3 运动目标成像
• 6.6 运动目标图像干涉处理
• 6.6.1 运动目标图像干涉处理
• 6.6.2 干涉相位滤波
• 6.6.3 运动目标三维信息获取
• 6.7 三维图像分辨率分析
• 6.8 运动目标三维成像处理流程
• 6.9 仿真及成像结果
• 6.10 小结
• 结束语
• 参考文献
• 博士期间发表的论文及获得专利
• 致谢