机载高分辨SAR成像及其定位技术研究

发布时间：2020-03-27 21:01

【摘要】：无人机平台体积小,惯性较差,飞行时平台易晃动,所以仅依靠常规算法难以获得高分辨率的SAR图像和较高的定位精度。本论文针对中、低空工作的无人机载成像雷达,研究并改进了高分辨SAR成像算法以及高精度定位技术。本论文研究了时域校正距离走动并频域校正距离弯曲的距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)算法,通过对实测数据的处理发现,仅利用R-D算法获得的图像聚焦效果差,因此本论文结合实测数据研究了参数估计和运动补偿算法,以获得较高分辨率的图像。为了进一步提高运动补偿精度,提出一种迭代图像偏置算法估计多普勒调频率。根据估计的多普勒调频率,采用基于回波数据的运动补偿算法在法平面和航向方向补偿载机航迹的包络和相位。仿真和实测数据的实验结果验证了所提算法的有效性。本论文算法可以得分辨率达0.5m的SAR图像。SAR图像定位需要把目标点在图像中的坐标转换为经纬度,所以坐标系之间的转换至关重要,因此本论文分析了定位技术所用到的机体坐标系、东北天坐标系、地球坐标系之间的关系并给出了转换方法,用实验验证了转换关系的正确性。本论文研究了距离-多普勒模型的原理,从数学角度分析了模型的解算。论文通过地形高度以及飞机姿态角误差对定位精度的影响发现,定位结果对地形以及姿态角数据敏感。为进一步提高定位精度,本论文研究并给出了结合外部数字高程图的解算方案。实测数据的实验结果说明了解算方案可行,在没有外部数字高程图支持的情况下,本论文方案得到的定位误差满足应用要求。
【图文】：

波束方向图,目标,方位,多普勒频率

由于传感器的移动，成像区域的散射点会被多个脉冲照射。因为受方位向波束方逡逑向图的影响（复散射常数对于视角的所有微弱依赖在本文中都予以忽略），不同发射逡逑信号的回波强度随方位时间变化。图２．１的上部分以斜距平面内的三个传感器位置为逡逑例，说明了正侧视情况下的方位向波束方向图。当传感器位于Ａ点时，成像区域目标逡逑刚被发射波束主瓣照射到，其回波的强度变化曲线如图２．１的中部所示。在目标进入逡逑波束中心处即平台运动到图中的Ｂ点之前，目标渐渐向波束主瓣中心靠近，接收信逡逑号强度逐渐增强。逡逑ｔ邋ｕ＇、＇逡逑、邋１邋／逡逑＼邋Ｉ逦／逡逑Ｖ邋Ｉ邋／逡逑＾邋＼邋！邋／逡逑Ｓ邋Ｊ邋ｔ逡逑ｉ目标逡逑／逦＼接收信号强度逡逑—．逡逑0逦方位向时间一逡逑方位向时丨逡逑图２．１方位向波束方向图及其对信号强度和多普勒频率的影响逡逑当平台经过Ｂ点之后，目标离波束方向图中心越来越远，从Ｂ点到目标进入波逡逑束的首个零点（即图２．１中的Ｃ点）之前，回波强度不断减弱。在这之后，目标仍然逡逑可以被天线波束方向图的副瓣照射到，因此回波中也包含来自副瓣的能量。来自主瓣逡逑边缘和副瓣的能量会导致方位模糊，对多普勒中心频率估计不准确也会加重方位向的逡逑模糊。逡逑８逡逑

序列,目标模型,雷达,载机

达对成像区域发射重复周期为７；的脉冲信号，因此在移动平台的飞行空间中形成了以逡逑成ｄ邋＝逦为间隔的均匀直线阵列，Ｆ表示载机的运动速度。雷达依次接收回波序列，逡逑阵元信号即与相应顺序的序列信号相对应。机载平台ＳＡＲ的目标模型如图２．２所示：逡逑在图２．２所示的模型中，雷达天线相位中心（图中位于１邋＝於？处）与第ｎ个点逡逑目标的距离可表示为：逡逑？＾－（Ｆｓｉｎ＾0Ｋ邋ｄｋ逦（２＇２0）逡逑式中，６？。表示波束斜视角，￣表示方位慢时间，，Ｐ表示载机速度，矣如图中所示，表逡逑示雷达与点目标的最短距离（即零多普勒线经过目标时雷达与目标的距离）。逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.52;P23

【参考文献】