星载SAR电磁模型及回波仿真研究

论文摘要

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种具有全天候、全天时的高分辨率微波成像雷达,广泛应用于国防、社会经济等方面。论文以分布式星载SAR系统为背景,对星载回波仿真涉及的几何建模、电磁建模和回波仿真方法展开研究,是InSAR(干涉SAR)、GMTI(地面动目标指示)等应用仿真研究重要方向之一,具有极大的实用价值。星载SAR回波仿真中涉及的几何建模有星载SAR空间几何建模和星载SAR场景几何建模。通过定义不同的空间坐标系和轨道模型可以知道任意时刻SAR天线相位中心的位置;星载SAR场景几何模型中,研究了最具代表性的陆地场景和海面场景,前者是静态场景的代表,后者是动态场景的代表。星载SAR电磁建模是指电磁波与场景之间的电磁相互作用,电磁建模的好坏影响仿真SAR图像的质量。论文根据研究对象不同研究了三类场景的电磁建模:地面场景电磁建模、海面场景电磁建模和主要应用于军事目标的基于RadBase软件的电磁建模。星载SAR回波仿真是SAR系统仿真的基础,它根据地面散射特性、编队卫星参数和雷达系统参数,直接仿真得到星载SAR回波。星载SAR回波仿真主要有两类算法:时域算法和频域算法。时域算法是星载SAR回波仿真最精确的算法,但其计算量巨大,不能用于大场景回波快速仿真;频域类算法通过合理的近似极大地提高了SAR回波仿真效率,使得大场景、多星载SAR回波仿真成为可能。最后,在研究的基础上建立星载SAR回波仿真软件包,实现了星载双站SAR点目标、DEM场景和海面场景的回波仿真。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 合成孔径雷达概述
• 1.1.1 SAR的发展历史
• 1.1.2 SAR的分类和特点
• 1.1.3 SAR的应用
• 1.2 星载SAR回波仿真研究现状
• 1.3 论文研究内容和章节安排
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 章节安排
• 第二章 星载SAR几何建模
• 2.1 星载SAR的空间几何模型
• 2.1.1 空间坐标系
• 2.1.2 坐标系之间的转换
• 2.1.3 星载SAR轨道模型
• 2.2 地面场景几何建模
• 2.2.1 小面单元模型
• 2.2.2 DEM数据的分形插值
• 2.2.3 小面方程及遮挡
• 2.3 海面场景几何建模
• 2.3.1 海谱
• 2.3.2 统计方法
• 2.3.2.1 线性叠加法
• 2.3.2.2 线性滤波法
• 2.3.3 分形方法
• 2.4 本章小节
• 第三章 星载SAR电磁建模
• 3.1 地面场景电磁建模
• 3.1.1 统计方法
• 3.1.2 Kirchhoff近似方法
• 3.1.3 散射系数
• 3.1.4 相干斑模拟
• 3.2 海面场景电磁建模
• 3.2.1 驻留相位近似法
• 3.2.2 微扰法
• 3.2.3 双尺度法
• 3.3 基于RadBase软件的电磁建模
• 3.4 仿真结果
• 3.5 本章小节
• 第四章 星载SAR回波仿真
• 4.1 SAR工作原理
• 4.1.1 LFM信号及其脉冲压缩
• 4.1.2 SAR回波
• 4.1.3 SAR成像处理
• 4.2 星载SAR回波仿真算法
• 4.2.1 时域算法
• 4.2.2 频域算法
• 4.3 仿真结果
• 4.3.2 时域算法仿真结果
• 4.3.3 频域算法仿真结果
• 4.4 本章小节
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢