层析SAR三维成像算法研究

论文摘要

合成孔径雷达(SAR)三维成像技术既继承了传统SAR系统所具备的全天时,全天候,高分辨率成像等优点,又避免了二维成像中将三维场景空间经过圆柱坐标转换投影到二维空间后产生的模糊问题,其能将目标的高度向与距离向完全分离,实现目标区域的三维分辨力成像。随着SAR成像技术的不断成熟及其应用领域的不断拓展,三维成像技术已日渐成为SAR成像技术发展的重要方向。本文所提出的基于层析理论的三维SAR成像技术是利用不同轨迹高度上获得的二维SAR图像序列在二维成像平面的法线方向上的聚焦实现高分辨率的三维成像技术。与传统的InSAR测高技术存在模糊与叠掩等问题不同,层析SAR成像能够真正意义上实现三维成像,且不需要复杂的飞行轨迹控制,在雷达成像领域具有很高的研究价值。然而目前的SAR层析三维成像技术在理论研究、算法实现等方面还初步发展阶段,存在很多不足,因此本文将围绕SAR层析三维成像技术,对其实现机理与成像处理中的关键技术展开深入研究。本文将首先以医学中的CT技术为例介绍层析成像理论,然后通过建立平面波的反向传播模型对二维SAR信号模型及成像原理进行分析,从而讨论层析理论在三维SAR成像处理中的应用,提出类似SAR方位向上的合成孔径,使雷达在距离向与方位向的法线方向上构建合成孔径以获取目标高度维分布信息,根据雷达接收的三维信号模型推导出基于层析理论的三维SAR成像原理,并具体讨论其中研究图像配准算法与高度维聚焦算法实现这两大关键技术,再针对常规基于傅里叶变换的聚焦算法实现效果不理想的情况,提出采用基于现代谱估计的成像算法,并通过实验仿真验证三维SAR层析成像效率的提高。最后,通过对雷达系统各参数间制约关系的分析,提出具体的地基层析SAR成像实验验证系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 论文结构安排
• 第二章 层析 SAR 三维成像原理
• 2.1 CT 成像技术
• 2.1.1 CT 概述
• 2.1.2 CT 成像原理
• 2.2 二维SAR 成像原理
• 2.2.1 二维信号模型
• 2.2.2 二维 SAR 信号处理
• 2.3 层析理论在SAR 成像中的应用
• 2.4 三维SAR 层析成像原理
• 2.4.1 SAR 三维信号模型
• 2.4.2 层析 SAR 三维信号处理
• 2.4.3 层析 SAR 成像处理
• 2.5 小结
• 第三章 SAR 图像配准
• 3.1 图像配准算法
• 3.1.1 相关系数法
• 3.1.2 平均波动函数法
• 3.1.3 最大频谱法
• 3.2 SAR 复图像插值
• 3.2.1 常用的插值方法
• 3.2.2 插值误差对图像配准的影响
• 3.3 SAR 图像配准实验仿真
• 3.3.1 实验数据
• 3.3.2 相关函数粗配准算法实现
• 3.3.3 最大频谱精配准算法实现
• 3.3.4 层析成像实验仿真
• 3.4 小结
• 第四章 基于谱分析的层析 SAR 成像算法研究
• 4.1 基于FFT 的层析SAR 成像
• 4.1.1 基于 FFT 的高度维聚焦原理
• 4.1.2 基于 FFT 的 SAR 层析成像处理步骤
• 4.1.3 系统参数对高度向分辨率影响
• 4.2 基于现代谱估计的层析SAR 成像
• 4.2.1 层析成像信号的谐波模型
• 4.2.2 Music 谱估计算法
• 4.2.3 APES 谱估计算法
• 4.2.4 基于现代谱估计的 SAR 层析成像处理步骤
• 4.3 层析成像算法仿真实验
• 4.3.1 SAR 层析三维成像仿真
• 4.3.2 成像算法的性能分析
• 4.4 小结
• 第五章 地基 SAR 层析三维成像系统方案
• 5.1 地基验证系统
• 5.2 系统性能分析
• 5.2.1 SAR 系统参数分析
• 5.2.2 高度向信号特征
• 5.2.3 系统轨迹定位误差的影响
• 5.2.4 系统二维分辨率的影响
• 5.3 实验系统仿真
• 5.3.1 系统参数选择
• 5.3.2 成像试验仿真
• 5.4 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间的研究成果