單-雙基SAR成像和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(SAR)具有全天候、全天時(shí)和遠(yuǎn)距離成像的特點(diǎn)，可以大大提高雷達(dá)的信息獲取能力，特別是戰(zhàn)場(chǎng)感知能力，對(duì)軍用和民用均有重要的應(yīng)用價(jià)值。
　　 SAR是通過(guò)采用寬頻帶信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)距離維的高分辨率，通過(guò)載體的運(yùn)動(dòng)形成長(zhǎng)的線性合成陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)方位維的高分辨率。近十余年來(lái)，SAR已經(jīng)在各種平臺(tái)上得到了廣泛應(yīng)用，其載體可能是中、低空飛行的輕型飛機(jī)、直升機(jī)或者無(wú)人機(jī)等。受氣流擾動(dòng)的影響，載體在飛行過(guò)程中不可避免地會(huì)偏離理想的勻速直線運(yùn)

2、動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)誤差，導(dǎo)致成像質(zhì)量嚴(yán)重下降。特別是在目前國(guó)產(chǎn)慣導(dǎo)精度有限的情況下，研究基于回波數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法對(duì)實(shí)現(xiàn)機(jī)載SAR的高分辨成像具有重要意義。
　　 常規(guī)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法主要針對(duì)正側(cè)視的窄波束SAR，并且在處理中忽略了地面的地形起伏。然而在許多實(shí)際應(yīng)用中這些條件并不滿足，比如雷達(dá)可能工作在斜視模式，雷達(dá)的波束寬度可能較寬，地面的地形起伏也可能較大，因而有必要對(duì)常規(guī)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法在各種情況下的適用性進(jìn)行深入研究。
　　

3、 與傳統(tǒng)的單基SAR相比，收發(fā)分置的雙基SAR具有很好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，比如作用距離更遠(yuǎn)、獲取信息更豐富、機(jī)動(dòng)性和隱蔽性更高、抗干擾和抗截獲性能更好等。這些優(yōu)勢(shì)使得雙基SAR在軍事應(yīng)用、資源調(diào)查、InSAR三維重建、地殼形變監(jiān)測(cè)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。然而這些好處的獲得是以系統(tǒng)復(fù)雜性為代價(jià)的，雙基SAR還需要突破成像算法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)。
　　 本論文主要圍繞以上幾個(gè)方面做了一些工作，現(xiàn)概括如下：
　　 1.系統(tǒng)地研究

4、了機(jī)載正側(cè)視SAR的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。在分析正側(cè)視SAR運(yùn)動(dòng)誤差模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于回波數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)提取和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方案，有效降低了系統(tǒng)對(duì)慣導(dǎo)的要求。該方法的基本思路如下：首先對(duì)回波數(shù)據(jù)沿方位向劃分子孔徑，接著對(duì)子孔徑多個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)估計(jì)多普勒調(diào)頻率，然后利用多普勒調(diào)頻率對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行加權(quán)最小二乘估計(jì)，最后利用估計(jì)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)分別完成視線方向和沿航向運(yùn)動(dòng)誤差的補(bǔ)償。
　　 2.對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中的幾何形變問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了校正方法

5、。
　　 3.分析指出了地形起伏較大、雷達(dá)波束寬度較寬及雷達(dá)斜視角較大時(shí)常規(guī)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法的局限性，分別給出了這三種情況下的改進(jìn)方法。同時(shí)也分析了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的殘余誤差對(duì)最終SAR圖像的影響。
　　 4.分析了相位梯度自聚焦補(bǔ)償算法中特顯點(diǎn)選取原則的不足，提出了一種改進(jìn)算法。該算法可以自適應(yīng)地選取SAR圖像中質(zhì)量最好的孤立特顯點(diǎn)用于自聚焦，在存在連片強(qiáng)雜波的場(chǎng)景中自聚焦效果更好。
　　 5.提出了一種適用于平行等速雙

6、基SAR的擴(kuò)展Chirp Scaling成像算法。該算法通過(guò)級(jí)數(shù)反演法來(lái)計(jì)算目標(biāo)的二維頻譜，通過(guò)雙基參數(shù)的數(shù)值近似來(lái)得到距離空變量的解析表達(dá)式，通過(guò)CS變標(biāo)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的距離徙動(dòng)校正。該算法可看作是單基SAR中的ECS算法在雙基SAR中的推廣，其優(yōu)點(diǎn)在于不需要插值、適用范圍廣、精度高。
　　 6.提出了一種適用于小斜視角雙基聚束式SAR的頻率變標(biāo)算法。該算法可看作單基SAR的頻率變標(biāo)算法在雙基情況的推廣，能在長(zhǎng)基線情況下實(shí)現(xiàn)

7、高分辨成像。另外，該算法將數(shù)值方法和方位Deramp技術(shù)相結(jié)合，解決了星載雙基聚束情況可能出現(xiàn)的方位頻譜混迭的問(wèn)題。
　　 7.針對(duì)斜視角較大的情況，應(yīng)用非線性變標(biāo)的思想，提出了一種適用于大斜視角雙基SAR的頻率變標(biāo)算法。該算法進(jìn)一步考慮了隨距離變化的二次距離壓縮，可以用于較大斜視角的雙基SAR成像。
　　 8.研究了衛(wèi)星/飛機(jī)組合的這種廣義雙基SAR的成像算法問(wèn)題。分析指出駐相點(diǎn)展開法的精度與收發(fā)平臺(tái)的速度及收發(fā)系統(tǒng)的

8、斜視角度有關(guān)，因而該方法不適合星機(jī)雙基SAR。提出了兩種計(jì)算星機(jī)雙基SAR目標(biāo)二維頻譜的方法，第一種為解析式法，該方法的運(yùn)算量小，精度較高，適合方位波束寬度較窄的星機(jī)雙基SAR；第二種為數(shù)值方法，該方法的運(yùn)算量比第一種大，但優(yōu)點(diǎn)是可以得到準(zhǔn)確的目標(biāo)二維頻譜，適合各種情況的星機(jī)雙基SAR。
　　 9.研究了雙基SAR的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。通過(guò)對(duì)雙基SAR運(yùn)動(dòng)誤差模型的分析，提出了一種基于數(shù)據(jù)的收發(fā)平臺(tái)三維運(yùn)動(dòng)誤差的估計(jì)和補(bǔ)償方法。該方法直接