基于实测数据的大场景高分辨率机载SAR成像技术研究

论文摘要

机载合成孔径雷达（Airborne Synthetic Aperture Radar, Airborne SAR）是一种分辨率极高的成像雷达,其搭载平台是飞机,其之所以能获得高分辨率,在距离向依靠发射具有大带宽时宽积的线性调频信号和脉冲压缩技术,在方位向依靠的是“合成孔径”原理。提出的各种SAR成像算法都是基于理想情况,也就是平台在匀速直线情况下运动的,但是当平台飞行高度较低,不可避免会受到气流的影响,特别是轻型小型飞机平台,这样就会使平台偏离理想运动轨迹,造成较大的运动误差,所以尤其为了获取高分辨率的机载合成孔径雷达图像,运动补偿是必要的,这也是机载SAR领域一直非常热门的研究课题。机载SAR的运动补偿通常分为基于运动传感器的补偿和基于SAR数据的补偿。本文将对基于SAR数据的运动补偿做主要研究。通过对平台的运动误差模型进行建立,对高波段大孔径回波数据和常规数据进行对比分析,找到不同数据各自的特点,并相应的采用不同方法进行补偿。本文主要研究了适合高波段大合成孔径回波数据的相位补偿方法。文章的主要内容概述如下:1.介绍了SAR成像的基本原理,建立系统成像模型,评估在平台颠簸较大情况下运动误差对成像质量的影响。建立真实的运动误差模型,研究常规运动误差以及在大合成孔径情况下运动误差所存在的孔径依赖性并评估其对成像质量的影响。2.对高波段大孔径数据和小孔径数据进行对比分析,通过对几种运动补偿方法在常规高波段数据和大孔径数据中的应用,找到不同数据的特征和误差规律,并提出相应的运动补偿方法。本文详细的对几种常规运动补偿算法进行论述和验证,并且在高波段大孔径数据处理时采用了应用于超宽带合成孔径雷达（UWB-SAR）数据的基于子孔径改进的MD算法的双循环空变相位补偿算法。3.在合成孔径雷达中,高的方位分辨率一般合成孔径较大,这样就具有较大的积累角,那么当雷达工作在条带模式下时,回波方位向会包含相对较大的残余运动误差,本文介绍了这种误差对成像的影响,论述了残余误差的补偿方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 课题研究的历史和现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 SAR成像原理及运动补偿
• 2.1 引言
• 2.2 SAR 成像的基本原理
• 2.3 距离-多普勒成像算法及点目标仿真
• 2.3.1 距离-多普勒成像算法
• 2.3.2 校正线性距离走动的距离-多普勒算法
• 2.3.3 频域校正距离走动和距离弯曲的距离-多普勒算法
• 2.3.4 点目标仿真
• 2.4 运动误差模型及运动补偿
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于机载回波数据的运动补偿
• 3.1 引言
• 3.2 基于回波数据的多普勒参数估计
• 3.2.1 多普勒参数对成像质量的影响
• 3.2.2 多普勒中心频率估计方法
• 3.2.3 多普勒调频率估计方法
• 3.3 基于瞬时多普勒调频率的运动补偿
• 3.3.1 APC 位置误差对回波数据的影响
• 3.3.2 运动参数估计
• 3.3.3 垂直航线运动分量补偿
• 3.3.4 沿航线运动分量补偿
• 3.4 基于子孔径MD 算法的双循环空变相位补偿算法
• 3.4.1 改进的MapDrif 算法
• 3.4.2 双循环空变相位补偿算法流程
• 3.5 实验结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于机载回波数据的SAR孔径依赖性补偿
• 4.1 引言
• 4.2 运动误差孔径依赖性对成像质量的影响
• 4.3 基于子孔径数据处理的频域残余相差补偿算法
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢