运动目标的合成孔径雷达成像和轨道计算

论文摘要

合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)是一种全天时、全天候、高分辨率的微波成像雷达,能够通过照射一定的区域提供类似光学照片的地物地貌图像。传统的合成孔径雷达只能对静止目标成像。当对运动目标成像时,会产生目标图像的偏移和散焦。然而对运动目标成像具有极强的现实意义和实际需要。以海面舰船为例,对运动舰船目标的SAR图像进行再处理,可以对舰船目标进行更精细的成像及轨道计算。这在军事上有着重要意义。在海战中,如果我们能够利用SAR及时准确地对敌人舰队中的每一艘军舰进行精细成像和轨道计算的话,无疑有助于指挥官做出正确的判断和决策。倘若与先进的导弹控制技术相结合,我们甚至能够直接对敌人的舰队实施毁灭性的打击。将来,该技术将是我们维护国家利益的坚强后盾。此外,舰船目标的SAR精细成像和轨道计算也有着重要的民用价值。比如它可以用于海面船只的监测和控制等。正是由于以上需要,本文对运动目标的合成孔径雷达成像和轨道计算技术进行了深入的研究。首先,分析了合成孔径雷达的运动目标回波模型,进行了大量理论推导以了解目标运动引起的多普勒中心和调频率变化,以及这些变化对常规SAR成像结果的影响。其次,对运动目标的杂波锁定方法进行了研究,使用了名义包络法,将运动目标回波的名义包络与实际包络做相关运算,相关函数的峰值处所对应的频率就是运动目标回波的多普勒中心值。使用该方法可以精确计算目标的多普勒中心频率,通过计算机仿真,验证了此方法的有效性。接着,对运动目标的自聚焦技术进行了研究,使用了最小熵法,以图像熵作为成像质量的评价函数,提出了一种自适应步进搜索算法来寻找使图像熵最小的多普勒调频率值,仿真结果验证了此方法的有效性。最后,对运动目标的速度进行了估算,利用多普勒中心频率和距离向速度,多普勒调频率和方位向速度的一一对应性,对目标的距离向速度和方位向速度进行了估算,并给出了大量实验结果,验证了此方法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 合成孔径雷达和动目标成像基本介绍
• 1.2.1 合成孔径雷达原理介绍
• 1.2.2 合成孔径雷达发展历史
• 1.2.3 合成孔径雷达在动目标成像领域的应用
• 1.3 论文的主要内容
• 第二章 合成孔径雷达基本原理
• 2.1 合成孔径雷达的基本概念
• 2.2 合成孔径雷达的分辨率
• 2.2.1 距离向分辨率
• 2.2.2 方位向分辨率
• 2.2.3 距离向与方位向高分辨特性比较
• 2.3 成像算法概述
• 2.4 仿真结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 运动目标的SAR 回波分析
• 3.1 运动目标的回波信号模型
• 3.2 运动目标多普勒中心变化及其对SAR 成像的影响
• 3.2.1 运动目标多普勒中心变化
• 3.2.2 动目标多普勒中心变化对SAR 成像的影响
• 3.3 运动目标多普勒调频率变化及其对SAR 成像的影响
• 3.3.1 运动目标多普勒调频率变化
• 3.3.2 动目标多普勒调频率变化对SAR 成像的影响
• 3.4 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 运动目标的SAR 成像
• 4.1 运动目标的预成像
• 4.2 运动目标的杂波锁定
• 4.2.1 杂波锁定
• 4.2.2 名义包络法
• 4.2.3 仿真结果
• 4.3 运动目标的自聚焦
• 4.3.1 最小熵准则
• 4.3.2 自适应步进搜索算法
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 运动目标的速度估算
• 5.1 单运动目标的速度估算
• 5.2 多运动目标的速度估算
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文