超高分辨率机载SAR成像关键技术研究

发布时间：2020-05-24 01:44

【摘要】：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为遥感探测领域的重要技术之一,具备全天时、全天候对目标场景进行二维高分辨率成像的能力,在多个领域展现了巨大的应用价值。一方面,机载SAR成像的距离向超高分辨率通过发射大带宽线性调频信号实现,传统的基于步进调频信号的带宽合成技术难以在超大带宽信号合成的同时完全消除拼接误差。另一方面,传统条带SAR由于天线尺寸的制约难以实现方位宽波束角,限制了其方位向分辨率的提升以及目标多角度信息的提取。同时,为了保证超高分辨率微型SAR成像的质量与效率,需要改进传统自聚焦算法保证回波二维空变相位误差的精确补偿,并结合GPU与CUDA技术设计并行处理方案,保证数据的高效处理。基于上述难题,本文具体研究内容如下:1.从步进调频信号回波模型出发,研究了基于组内子脉冲运动补偿的传统时域及频域带宽合成方法,指出其难以完全消除拼接误差的缺陷。为了对传统方法难以消除的通道间斜距误差完成精确补偿,基于PFA和Omega-K算法研究了两种直接带宽合成处理方法,进行了详细的推导与说明。这两种处理方法将通道间斜距误差补偿嵌入成像算法,完成了信号的无误差拼接。最后利用相位梯度自聚焦技术解决了实测数据中存在的子带内与子带间幅相误差问题,并给出了详细处理流程。2.针对条带SAR受天线尺寸制约难以实现方位宽波束角的难题,提出了一种基于波束扫描的宽波束条带SAR成像方案。首先通过相控阵波束扫描、波位脉冲选择与合成实现条带模式宽角成像,进而推导了雷达参数与波位数目之间的依赖关系,然后讨论了利用合成孔径均分策略获取多方位角SAR图像的方法。基于后向投影算法(BPA)的点目标仿真实验验证了该方案不仅能够提升条带SAR的方位分辨率,而且能够有效获取目标的多角度散射信息。3.针对超高分辨率微型SAR成像,分析推导了基于解线性调频信号的Omega-K算法成像原理。同时为应对微型SAR系统大机动平台带来的运动误差问题,讨论了运动补偿技术,并研究了一种基于距离向分块的PGA-MD算法,能够有效校正微型SAR随距离方位两维空变的相位误差。最后基于微型SAR实测数据的完整算法流程设计了相应的GPU并行处理方案,该方案能以优异的加速效率获取高质量的高分辨率微型SAR图像。
【图文】：

CPU和GPU内部晶体管的使用

图 2.1 步进调频信号回波模型 2.1 给出了步进调频信号的时频关系，每个脉冲串的 N 个子脉冲载频步进，，循环隔为PRI=1 PRF(PRF 为脉冲重复频率)。对场景中的任一点目标，总发射脉冲串对应第 m( m 1,2 M 1)组脉冲串中的第 n( n 1,2,..., N 1)个子脉冲回波表达 2 2 2mn mn mnR t R t R t
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.52

【参考文献】

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本文编号：2678268