机载双基合成孔径雷达算法研究

论文摘要

双基合成孔径雷达（Bistatic Synthetic Aperture Radar,Bi-SAR）是指雷达发射机和接收机安置在不同平台上的合成孔径雷达系统,是一种新型体制的合成孔径雷达（SAR）系统。与传统的单基SAR系统相比,双基SAR具有灵活的配置方式,具有更远的作用距离,获取的目标信号更为丰富,安全性能高,抗截获能力强等优点。特别是在战争条件下,双基SAR的优点更加突出,因而成为当今高科技条件下的一种不可取代的探测,侦测方式,在军民方面都有着重大的研究价值和广泛的应用前景。然而,由于收发平台的分置,对双基SAR系统带来了诸多难题,例如收发平台的频率同步,时间同步,双基SAR的成像算法,天线指向,理论建模和仿真,运动补偿等。其中,成像算法是研究和实现双基SAR的基础和核心问题。特别是收发平台分置致使斜距历程的双根号和的形式,使得双基SAR的多普勒历程和二维频谱更为复杂,而这些更是双基SAR成像算法的关键所在。传统的单基SAR,由于其回波信号具有方位平移不变的特性,使得能够在将回波信号变换到距离多普勒域中进行频域处理,进而实现频域的快速成像算法,从而大大提高了成像处理的效率。与机载单基SAR不同,机载双基SAR,收发平台配置灵活,任意飞行模式和平行模式最具有代表性,因此这两种平台配置方式是本文研究重点。本文主要做了以下研究工作。首先,介绍了SAR的基本原理,建立了平行模式和任意飞行模式下双基SAR的几何模型和回波信号模型,对双基地SAR脉冲重复频率的限制和双基SAR的分辨率进行了探讨。其次,在介绍双基SAR平行模式和任意飞行模式的基础上,分析和介绍了基于MSR和LBF对斜距历程进行展开,进而得到点目标的二维参考频谱。而后本文推导了一种基于幂级数展开的二维参考频谱,为提出基于幂级数的距离多普勒（RD）算法打下了基础。最后,研究了时域后向投影（BP）算法和基于幂级数的距离多普勒算法。通过点目标的仿真数据验证了两种算法的有效性和适用性。并且分析了这两种算法的运算量。通过对算法分析发现BP算法是一种精确的适合任意飞行模式的时域成像算法,但运算量较大；基于幂级数的距离多普勒算法（RD）适用于满足二阶距离近似模型的情况,适用范围比较窄但计算量小,而对于任意飞行模式则存在着一定的问题。针对这两种算法,本文为后来研究者指明了方向：后向投影（BP）算法如何降低运算量和如何实现大场景成像问题和距离多普勒算法实现更为精确的成像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究意义
• 1.2 合成孔径雷达的发展
• 1.3 双基SAR研究现状及存在的问题
• 1.4 论文的内容和安排
• 第2章 双基SAP基本原理
• 2.1 引言
• 2.1.1 双基SAR的配置方式
• 2.1.2 双基SAR的特点
• 2.2 双基SAR的模型
• 2.2.1 双基SAR的几何模型
• 2.2.2 双基SAR的信号模型
• 2.2.3 双基SAR的信号模型仿真
• 2.3 SAR脉冲压缩
• 2.4 双基SAR的分辨率
• 2.5 双基SAR的多普勒参数
• 2.6 脉冲重复频率的选择
• 2.7 本章小结
• 第3章 双基SAR的点目标的二维频谱
• 3.1 引言
• 3.2 任意构形点目标的二维频谱
• 3.2.1 LBF
• 3.2.2 MSR
• 3.3 基于幂级数的点目标二维频谱
• 3.4 本章小结
• 第4章 双基SAR的成像算法和仿真
• 4.1 引言
• 4.2 SAR成像算法
• 4.2.1 Back-Projection（BP）算法
• 4.2.2 基于幂级数的距离多普勒（RD）算法
• 4.3 算法分析
• 4.4 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