双基地SAR成像算法及运动补偿研究

论文摘要

双基地合成孔径雷达（Bi-SAR）是发射系统和接收系统分置在不同平台上的合成孔径雷达。与单基地SAR比,双基地SAR更具优势,具有能获取多方向的目标电磁散射信息、作用距离远、隐蔽性和抗干扰能力强、成本低等特点。因而,双基地合成孔径雷达作为一种新的空间对地观测手段,无论在民用还是军事应用领域都有着广泛的应用前景。本文结合机载双基地SAR系统研究的实际需要,对双基地SAR成像算法、运动补偿方法、时间同步误差校正技术进行了详细研究。论文主要内容有:1.建立了机载双基地SAR在一般飞行模式下的几何模型与回波信号模型,分析了双基地SAR系统参数与分辨力的关系,阐述了双基地SAR成像处理模型,详细的分析和比较了现有的多种双基地SAR成像算法及其优缺点。2.改进了基于Chirp-Z变换的双基地SAR成像算法,使其适用于双机等速平行飞行的工作模式。本文基于这种特殊飞行模式下双基地SAR的几何模型和回波信号模型,推导了它的二维频率表达式,给出了二维频率离散表达式。通过双基SAR变形项的补偿后,将二维频率表达式中的准单基地相位项进行了相关分解,然后推导了利用Chirp-Z逆变换消除距离徙动的方法。给出了基于CZT的双基地SAR成像算法的处理流程,并分析了该算法的运算量。应用上述算法处理了点目标仿真数据和实测数据,结果验证了该算法的正确性,获得了双基地SAP成像结果。3.研究了基于运动传感器的机载双基地SAR的运动补偿技术,给出了如何利用GPS测得的数据用以回波数据运动补偿的方法。提出了基于强散射点的相位跟踪算法,该方法通过一组窄带滤波器,获得强散射点目标回波信号的相位精确估计值,经相位解缠绕和信号相位的二次曲线拟和后,计算出相位误差φerr,将其用于运动补偿,可提高成像精度。给出了基于相位跟踪的双基地SARω-K成像运动补偿算法,真实数据的成像结果证实了该算法的有效性。4.分两种情况讨论了引起时间不同步的原因,分析了在不同情况下时间同步误差对成像质量的影响。研究了利用直达波信号提取时间同步误差△terr用以解决由时间不同步引起的回波信号包络不对齐的方法,仿真结果验证了该方法的正确性,并将该方法用于实测数据处理,取得了较好的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 双基地SAR背景和研究意义
• 1.2 双（多）基地SAR及成像算法的国内外研究动态
• 1.3 本文的工作
• 第二章 双基地SAR基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 几何模型
• 2.3 信号模型
• 2.4 分辨力
• 2.4.1 距离分辨力
• 2.4.2 方位分辨力
• 2.5 双基地SAR成像算法的通用模型
• 2.6 几类成像算法的分析比较
• 2.6.1 基于时域的成像算法
• 2.6.2 基于二维频率域（波数域）的成像算法
• 2.6.3 基于二维混合域的成像算法
• 2.7 小结
• 第三章 双基地SAR Chirp-Z成像算法
• 3.1 引言
• 3.2 Chirp-Z变换和逆Chirp-Z变换
• 3.2.1 Chirp-Z变换与逆变换的定义
• 3.2.2 利用FFT计算Chirp-Z变换
• 3.2.3 利用FFT计算逆Chirp-Z变换
• 3.3 Chirp-Z算法的有关模型
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 点目标回波模型
• 3.3.3 驻定相位原理
• 3.4 点目标回波信号的二维频率表达式
• 3.5 二维频域表达式的分解
• 3.6 点目标的二维频域离散表示
• 3.7 利用逆Chirp-Z消除距离徙动过程
• 3.8 CZT算法的处理流程
• 3.9 CZT算法运算量分析
• 3.10 成像结果分析
• 3.10.1 点目标仿真结果分析
• 3.10.2 实测数据成像
• 3.11 小结
• 第四章 双基地SAR运动补偿技术
• 4.1 引言
• 4.2 基于运动传感器的运动补偿
• 4.3 结合INS和GPS的运动补偿
• 4.4 基于强散射点的双基地SAR运动误差分析
• 4.5 窄带滤波器组
• 4.6 强散射点选择分析
• 4.7 相位跟踪算法
• 4.8 结合相位跟踪的双基地SARω-K算法
• 4.9 数据处理
• 4.10 小结
• 第五章 双基地SAR时间同步研究
• 5.1 引言
• 5.2 时间同步方法概述
• 5.3 时间同步误差的研究
• 5.4 时间不同步的补偿方法
• 5.5 数据处理
• 5.5.1 仿真数据处理
• 5.5.2 实测数据处理
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间研究成果