滑动聚束模式下的SAR三维成像算法研究

发布时间：2017-08-26 20:30

  本文关键词：滑动聚束模式下的SAR三维成像算法研究

  更多相关文章： 滑动聚束SAR 层析 图像配准 基线稀疏 基线非均匀 压缩感知

【摘要】：利用高精度SAR图像对地物目标进行三维成像是近年来的研究热点,本文利用滑动聚束成像模式来提高方位向成像精度,利用压缩感知算法应对空间基线稀疏且不均匀的问题,解决传统方法对基线排布要求苛刻的不足,提高层析成像的实用性,具有重要的实践意义。本文围绕题目滑动聚束模式下的SAR三维成像,研究了方位向高精度成像的滑动聚束成像模式、图像配准、传统高度向层析成像以及在基线稀疏且不均匀的条件下的基于压缩感知的层析SAR三维成像。文中分章对这些问题进行了深入的研究,分析了各个部分算法的原理,给出了解决方案,并对方案进行了仿真分析以及有效性验证。本文在对上述问题的研究中,分析了现有处理方法的劣势,提出了一些创新性的算法,总结来讲,本文的工作包括以下内容:1滑动聚束SAR成像问题:根据滑动聚束SAR成像模型,分析滑动聚束SAR的回波信号、成像精度、多普勒历程,再根据这些知识,参考条带式、聚束式SAR成像算法,推导滑动聚束SAR二次距离压缩算法以及Chirp Scaling成像算法。仿真验证了算法的方位向高精度成像能力。2图像配准问题:在层析成像中,多航过从不同角度对同一地物场景进行观测,因为基线的存在,使得多航过获得的图像不仅会出现距离和方位向的偏移,还会因为地物的起伏产生一定的压缩和扭曲;当基线较长,并且地物场景起伏较大时,偏移量将失去规律性,像素偏移量不再是一个固定的常数,需要对于不同距离、不同方位的像素要采用不同的偏移量。这里我们提出了基于图像分割的方法解决此类问题。3高度维聚焦问题:高度维聚焦问题是SAR层析成像中的核心问题,本文对该方面进行重点研究,研究传统层析成像原理,掌握其分辨精度,成像的约束条件,以及不同因素对成像结果的影响。并利用仿真实验对理论进行了较为详实的验证。4基线稀疏、不均匀问题:传统层析算法,包括FFT算法、APES谱估计算法,对多行过基线都有苛刻的要求,航过分布必须均匀,航过间隔必须小于奎奈斯特采样定理的要求,而这些要求在实际生活中往往实现成本相对高昂,甚至难以实现。针对FFT、APES算法在基线非均匀情况无法有效成像的情况,我们找到了一种可以解决此问题的方法——压缩感知算法,压缩感知的核心思想是对稀疏信号随机、欠采样,能都的到较为理想的重建信号,非常适合非均匀基线情况。本文应用了两种压缩感知算法,OMP算法以及COSAMP算法,验证了算法针对稀疏非均匀基线环境的有效性。之后通过仿真实验进一步研究了压缩感知算法的精度,证明了COSAMP算法相对OMP算法成像精度更高,此外还分析了影响成像效果的因素,以及滑动聚束SAR模式下的三维成像的优势。
【关键词】：滑动聚束SAR 层析 图像配准 基线稀疏 基线非均匀 压缩感知
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文结构安排13-15
• 第2章 滑动聚束SAR三维成像算法原理15-26
• 2.1 引言15
• 2.2 滑动聚束SAR成像原理15-20
• 2.2.1 滑动聚束SAR空间几何模型15-17
• 2.2.2 滑动聚束SAR回波信号模型17
• 2.2.3 滑动聚束SAR成像精度17-18
• 2.2.4 滑动聚束SAR多普勒历程18-20
• 2.3 三维层析SAR原理20-25
• 2.3.1 经典CT层析原理20-22
• 2.3.2 SAR层析成像原理22-24
• 2.3.3 SAR层析成像流程24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 滑动聚束SAR成像算法26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 二次距离压缩算法26-29
• 3.3 CHIRP SCALING （CS）算法29-31
• 3.4 仿真实验及结果31-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第4章SAR图像配准算法34-41
• 4.0 引言34
• 4.1 图像配准的几何基础34-36
• 4.2 传统算法介绍36-37
• 4.2.1 相关系数法36
• 4.2.2 最大频谱法36-37
• 4.3 基于图像分割的配准方法37-38
• 4.4 仿真实验及结果分析38-39
• 4.5 本章小结39-41
• 第5章SAR三维成像算法41-61
• 5.1 引言41
• 5.2 基于FFT的层析SAR三维成像41-47
• 5.2.1 基于FFT的层析SAR三维成像算法原理41-43
• 5.2.2 层析SAR成像精度分析43
• 5.2.3 基线空间排布对成像结果的影响43-46
• 5.2.4 FFT成像算法有效性分析46-47
• 5.3 基于谱估计APES算法的SAR三维成像47-49
• 5.3.1 APES算法描述47-48
• 5.3.2 APES算法仿真48-49
• 5.4 基于压缩感知的SAR三维成像49-55
• 5.4.1 压缩感知概论50
• 5.4.2 压缩感知问题公式化50-51
• 5.4.3 压缩感知框架下的SAR三维成像51-55
• 5.5 算法对比仿真及结果分析55-60
• 5.5.1 配准精度对成像结果的影响55-56
• 5.5.2 压缩感知算法的分辨能力56-58
• 5.5.3 滑动聚束在层析SAR上的优势58-60
• 5.6 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果67-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 唐禹;王岩飞;张冰尘;;滑动聚束SAR成像模式研究[J];电子与信息学报;2007年01期

2 徐浩;尹治平;刘畅畅;王东进;陈卫东;;基于压缩感知的稀疏无源雷达成像[J];系统工程与电子技术;2011年12期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 谢晓春;压缩感知理论在雷达成像中的应用研究[D];中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）;2010年

2 韦顺军;线阵三维合成孔径雷达稀疏成像技术研究[D];电子科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 陈钦;多基线层析SAR成像方法研究[D];电子科技大学;2011年

2 王萍;干涉SAR数据处理技术[D];西安电子科技大学;2010年

3 龙泓琳;层析SAR三维成像算法研究[D];电子科技大学;2010年

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本文编号：742846