双基地SAR成像算法研究与实测数据处理

论文摘要

双基地合成孔径雷达是一种新的雷达体制,其发射机和接收机安装在不同的平台上,可以有不同的空间位置和运动速度。双基地SAR有着很多突出的优点,如:获取目标信息丰富,作用距离远,安全性,抗干扰性,抗截获性能好等。基于国内的首次双基地SAR试验,本文的主要工作及创新如下:在成像机理方面,本文首先建立了任意飞行模式下双基地SAR的几何模型和回波模型,详细分析了其距离史和多普勒勒特性。并利用双基地SAR的模糊函数分析了任意飞行模式下,双基地SAR的空间分辨率特性。在成像算法方面,当双基地几何关系为非移变模式情况下,研究了双基地RD算法、双基地BP算法、双基地ωk算法。针对双基地RD算法,由于回波信号模型为双距离变量域,而真实回波数据为距离和域,解决了该模型向距离和变量域转换的问题,提出了适用于非移变模式的变多普勒参数的双基地RD算法,通过实测数据处理与常规RD算法进行比较,明显提高了成像质量。针对双基地BP算法和双基地ωk算法给出了算法原理及流程图,并通过仿真与实测数据处理验证了算法的有效性,且针对算法的成像性能和运算量进行了比较。由于多普勒参数估计是双基地SAR成像中的关键技术,本文研究了最大对比度算法和基于最小熵的离散调频傅立叶多普勒参数估计算法,通过实测数据处理验证了在非移变模式下两种算法的有效性,并对两种多普勒参数估计算法进行了比较。同时提出了一种基于天地回波的双基地SAR平台相对速度估计算法,该算法利用天地回波中的多普勒与平台相对速度的关系,通过时频分析工具,估计出平台的相对速度,并把平台的相对速度用于双基地BP成像算法中做运动补偿。本文最后研究了一种移变模式下双基地SAR成像算法:2-DISFFT成像算法。该算法基于LBF模型,利用变尺度逆傅立叶变换实现移变模式下双基地SAR成像。通过对移变模式下的两种情况进行仿真成像,验证了该算法的有效性。最后将该算法退化为非移变模式,应用于实测数据处理,得到了较好的成像效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 合成孔径雷达概述
• 1.2 双基地SAR研究概况
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 双基地SAR成像机理
• 2.1 双基地SAR的几何模型
• 2.2 双基地SAR的距离史
• 2.3 双基地SAR的多普勒特性
• 2.4 双基地SAR的空间分辨率
• 2.4.1 双基地SAR的模糊函数
• 2.4.2 双基地SAR分辨率分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 非移变模式下的双基地SAR成像算法
• 3.1 点目标冲激响应及二维匹配滤波算法
• 3.2 双基地RD算法
• 3.2.1 双基RD算法原理及流程
• 3.2.1.1 点目标冲激响应的频域表示
• 3.2.1.2 调频斜率与距离和的关系式
• 3.2.2 双基RD算法仿真及实测数据处理结果
• 3.2.2.1 拟合多普勒斜率误差分析
• 3.2.2.2 实测数据处理
• 3.3 双基地BP算法
• 3.3.1 双基地BP算法原理及流程
• 3.3.2 双基地BP算法仿真及实测数据处理结果
• 3.4 双基地ωk算法
• 3.4.1 基于相位近似的冲激响应函数的二维频域表示
• 3.4.2 双基地ωk算法原理及流程
• 3.4.3 双基地ωk算法仿真及实测数据处理结果
• 3.5 成像算法比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 双基地SAR多普勒参数及平台相对速度估计算法
• 4.1 双基地SAR多普勒斜率估计算法
• 4.1.1 最大对比度算法（COAA）原理及流程
• 4.1.2 基于最小熵的DCFT多普勒参数估计算法（MEDCFT）原理及流程
• 4.1.3 实测数据处理中的应用
• 4.2 基于天地回波的双基地SAR平台相对速度估计算法
• 4.2.1 天地回波分析
• 4.2.2 利用短时傅立叶变换估计平台相对速度
• 4.2.2.1 短时傅立叶变换
• 4.2.2.2 算法步骤及流程
• 4.2.3 算法实测数据处理中应用
• 4.3 本章小结
• 第五章 移变模式下的双基地SAR成像算法
• 5.1 LBF模型
• 5.1.1 空间几何关系
• 5.1.2 点目标冲激响应
• 5.2 2-D ISFFT成像算法原理
• 5.3 2-D ISFFT成像算法仿真及实测数据处理应用
• 5.3.1 2-D ISFFT成像算法仿真
• 5.3.2 2-D ISFFT成像算法实测数据处理应用
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果