接收机固定双站SAR成像技术研究

论文摘要

接收机固定的双站合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是双站SAR的一种工作模式,其合成孔径由运动的发射平台形成。该模式的双站SAR不仅具有传统的星载和机载双站SAR系统的优点,而且费用更低,在成像处理复杂度方面与单站系统相似,通过配置多部接收机还可以实现干涉测量,具有很大的应用前景。本文建立了接收机固定双站SAR几何模型,根据回波信号斜距历程对多普勒特性进行分析,得出不同方位位置目标的多普勒频率参数是随目标位置的不同而变化即存在方位空变性的结论,为成像算法的选择和处理提供了理论基础。根据接收机固定双站SAR结构,分析了距离分辨率和方位分辨率,研究了成像场景区域内目标位置变化引起的空间分辨率的改变,为成像结果分析提供了基础。本文针对接收机固定模式下距离徙动和在方位向上同一距离门内的不同点的方位调频率空变性,研究了距离徙动和方位空变性,研究了传统线性频调变标(Chirp Scaling, CS)算法在该模式下的局限性,并根据超宽带SAR的特点,重点分析了方位向调频率的空变情况,为了解决调频率空变影响方位聚焦的问题,推导了更高精度的方位扰动函数的解析表达式,提出了一种扩展非线性频调变标(Nonlinear Chirp Scaling, NLCS)算法,给出了该算法的具体操作流程。仿真实验获得了较好的目标聚焦效果验证了该方法的正确性。本文还针对信号在多散射环境下传播引起的多径效应的问题,提出了基于时间反转处理的目标信号探测方法。利用环境的空间互易性,将接收的信号时反发射回去,使之在目标处聚焦,根据聚焦点的位置信息获取目标的距离和方位参数,从而解决了复杂散射环境下目标定位问题,使得目标得到精确聚焦,较好地实现了多径效应下目标检测成像。通过仿真实验验证了时间反转在复杂环境下的成像性能和抗噪性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及其意义
• 1.1.1 接收机固定双站SAR 系统的优势和研究意义
• 1.1.2 接收机固定双站SAR 成像技术的研究意义
• 1.2 国内外研究历史及现状
• 1.2.1 接收机固定双站SAR 系统的研究历史及现状
• 1.2.2 接收机固定双站SAR 成像算法的发展
• 1.2.3 时间反转技术的发展
• 1.3 本文的主要工作和结构
• 第二章 机载接收机固定双站SAR 工作原理
• 2.1 机载双站SAR 几何模型
• 2.2 回波模型分析
• 2.3 双站SAR 多普勒特征
• 2.3.1 斜距历程
• 2.3.2 双站SAR 多普勒特性分析
• 2.4 双站SAR 分辨率
• 2.4.1 距离分辨率
• 2.4.2 方位分辨率
• 2.5 小结
• 第三章 接收机固定双站SAR 成像算法
• 3.1 引言
• 3.2 双站成像处理特点
• 3.2.1 距离徙动分析
• 3.2.2 方位调频率空变性分析
• 3.3 CS 算法基本原理
• 3.3.1 CS 因子
• 3.3.2 CS 成像算法
• 3.4 改进的双站二维NLCS 算法
• 3.5 实验验证
• 3.6 小结
• 第四章 基于时间反转的双站SAR 成像
• 4.1 引言
• 4.2 多径效应下时间反转成像原理
• 4.2.1 多散射环境模型
• 4.2.2 时间反转技术基本原理
• 4.3 时间反转法的应用研究
• 4.4 多散射环境中时反处理仿真与结果
• 4.4.1 实验一、验证时间反转对多路径效应的改善作用
• 4.4.2 实验二、验证时间反转的抗噪性
• 4.4.3 实验三、分析目标方位参数估计对成像的影响
• 4.5 小结
• 第五章 结束语
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果