移變雙基地SAR成像理論與方法研究.pdf

1、雙基地 SAR做為一種發(fā)射機(jī)與接收機(jī)分置于不同運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的新體制 SAR，與傳統(tǒng)單站SAR相比具有明顯的優(yōu)勢：能夠獲取目標(biāo)更加豐富的散射信息，具有更強(qiáng)的抗摧毀能力和抗干擾能力等。從事物發(fā)展的一般規(guī)律來看，移變雙基地SAR的發(fā)射機(jī)與接收機(jī)運(yùn)動(dòng)速度矢量可以不同，與平飛構(gòu)型雙基地 SAR相比，其空間配制更為靈活，具有更廣闊的應(yīng)用范圍。但這種靈活的幾何構(gòu)型給成像處理帶來新的困難，由此而衍生的問題已經(jīng)成為SAR領(lǐng)域的熱門研究課題。
　　本文在

2、國家自然科學(xué)基金的支持下，對移變雙基地SAR成像進(jìn)行深入研究。
　　在成像理論方面，建立了移變雙基地SAR的“等效單站距離歷史”模型，基于該模型能夠直接利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)單站 SAR成像算法對雙基地 SAR回波進(jìn)行聚焦；建立了“同函數(shù)距離歷史集”，用來分析雙基地SAR距離歷史的空變特性。根據(jù)雷達(dá)成像中最基本的匹配濾波原理，建立雙基地SAR成像算法的基本模型，以此為基礎(chǔ)，通過一定的近似條件，能夠設(shè)計(jì)出雙基地SAR快速成像算法；利用距離和

3、多普勒的概念，推導(dǎo)雙基地 SAR的空間分辨率，做為評價(jià)雙基地 SAR系統(tǒng)性能、設(shè)計(jì)飛行方案的理論依據(jù)。
　　在成像處理方面，本文從不同的角度，提出四種適用于移變雙基地SAR的成像算法，并對每種算法分別用機(jī)載雙基地 SAR仿真點(diǎn)目標(biāo)回波、星機(jī)雙基地SAR仿真點(diǎn)目標(biāo)回波和機(jī)載雙基地SAR實(shí)測回波數(shù)據(jù)驗(yàn)證成像算法的有效性。
　　1、提出一種基于二維非均勻快速傅里葉變換的雙基地 SAR極坐標(biāo)成像算法。根據(jù)匹配濾波原理，推導(dǎo)出雙基地S

4、AR極坐標(biāo)成像算法；針對傳統(tǒng)極坐標(biāo)格式處理中數(shù)據(jù)利用率低的問題，將一維非均勻快速傅里葉變換推廣至二維，用來解決極坐標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題；該方法能夠充分利用回波數(shù)據(jù)，獲得理想的聚焦性能。
　　2、提出一種基于廣義Keystone變換的雙基地SAR成像算法。對雙基地SAR距離徙動(dòng)校正進(jìn)行研究，針對原始 Keystone變換僅能處理線性距離徙動(dòng)，導(dǎo)致成像質(zhì)量下降的問題，推導(dǎo)出一種新的變換方法，命名為“廣義 Keystone變換”，這種數(shù)據(jù)變換

5、方法能夠有效地校正非線性距離徙動(dòng)；用廣義 Keystone變換校正雙基地 SAR距離徙動(dòng)，與原始 Keystone變換相比，該方法不僅能夠得到更佳的聚焦性能，而且能夠處理更廣的成像區(qū)域。
　　3、提出一種基于最優(yōu)投影空間的雙基地SAR成像算法。將雙基地SAR距離歷史在投影空間上展開的近似誤差均方差做為評價(jià)投影空間的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)Karhunen-Loeve展開原理，推導(dǎo)出均方誤差意義下的最優(yōu)投影空間；將雙基地SAR回波數(shù)據(jù)映射至最優(yōu)投

6、影空間，能夠得到均方誤差意義下最優(yōu)的聚焦質(zhì)量。
　　4、提出一種基于 MSR頻譜模型的雙基地 Omega-K頻域成像算法。針對原始 MSR頻譜表達(dá)式繁瑣且缺乏幾何意義的不足，推導(dǎo)出更為簡潔且富有幾何意義的改進(jìn)形式；基于改進(jìn)形式的頻譜模型，根據(jù)傳統(tǒng)單站 SAR的 Omega-K成像原理，推導(dǎo)出雙基地 SAR的 Stolt映射；利用該映射能夠消除二維頻譜的耦合，實(shí)現(xiàn)雙基地SAR回波數(shù)據(jù)進(jìn)行良好聚焦。
　　在系統(tǒng)誤差補(bǔ)償方面，將雙

7、基地SAR的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)誤差、時(shí)間同步誤差和頻率同步誤差統(tǒng)一歸結(jié)為相位誤差，根據(jù)這三種誤差的作用機(jī)制，建立考慮系統(tǒng)誤差因素的雙基地SAR回波信號模型，做為研究系統(tǒng)誤差補(bǔ)償方法的依據(jù)；將雙基地SAR相位誤差分解為快頻率無關(guān)相位和快頻率線性相關(guān)相位，分別在四種誤差形式下，定量分析雙基地SAR相位補(bǔ)償?shù)囊?；基于相位誤差模型，提出一種基于CUDA并行處理的系統(tǒng)相位誤差補(bǔ)償方法，對雙基地SAR回波信號進(jìn)行處理，改善成像質(zhì)量。
　　總之，本文對