机载合成孔径雷达大斜视成像算法研究

发布时间：2020-01-24 12:45

【摘要】：机载斜视合成孔径雷达(synthetic aperture radar,简称SAR)是一种波束指向前方或者后方并且斜视角可以达到几十度的合成孔径雷达。机载斜视SAR可以利用雷达散射截面与方位角的相关性从而提供地表结构信息,并且由于其灵活的波束指向,从而可以通过一次飞行实现敏感区域的多次成像。正是因为机载斜视SAR具备这些方面的潜力,使其在军事识别和目标定位等领域有着重要的应用。然而,由于斜视模式下包含大距离徙动(range cell migration,简称RCM)和大的多普勒中心频率,使斜视情况下的成像算法随着斜视角的增大而变得复杂。尽管目前有许多关于斜视SAR的算法,比如距离多普勒算法(range Doppler,简称RD)以及改进算法、chirp scaling(CS)算法等。但是当斜视角较大时,距离向和方位向之间存在严重的耦合,使得这些算法只适合处理小斜视角和中等斜视角情况。其他的算法比如cok算法,HSS算法和非线性CS算法都可以处理大斜视角情况,但是它们都有各自的优缺点。ωk算法理论上可以处理任何大斜视情况,但是其复杂的插值操作限制了其实际应用。HSS算法是一种适合大斜视情况下的成像算法,但是其子孔径操作增加了其算法的复杂性。此外,ωk算法和非线性CS算法需要大的脉冲重复频率(pulse repetition frequency,简称PRF)来避免方位混叠。本文中我们对机载斜视SAR的成像几何模型和回波数据进行了分析,提出了一种适合大斜视角情况下的高效成像算法。由于大的距离和方位向耦合,二维频谱出现倾斜,因此需要一个大的PRF来避免方位混叠。这样便增加了计算量和减小了测绘带宽。此外,PRF的变化会导致频谱的翻褶。在这个方法中,线性项距离徙动校正(range cell migration correction,简称RCMC)将二维频谱校正,方位解调将频谱搬移至基带。最后,我们对二维成像算法进行扩展,使其适应于三维成像并给出了仿真结果。本文的主要研究内容和创新点如下：1.斜视SAR成像几何模型、回波信号数据和系统特性的研究。在已有一般成像几何模型的基础上,我们考虑了斜视角与斜视角在地面投影不同的区别,建立了更加精确的几何模型,由此得到的回波数据也更加精确可靠。此外,我们对斜视SAR的多普勒特性以及距离徙动等特点进行了较为详细的分析。2.斜视SAR二维成像算法的研究。由于波束指向不再垂直于载机飞行方向,斜视情况下的回波特性将不同于正侧视SAR,方位向和距离向有严重的耦合。本文中提出的算法通过预先进行RCMC和方位解调,使二维频谱得以校正,从而使PRF大大降低,减小了运算量。3.斜视SAR三维成像算法的研究。本文中对斜视SAR二维成像算法进行扩展,从而能够提取目标的高度信息。由于需要得到成像区域在不同高度和俯角下的两幅图像,之后由几何关系提取出目标的高度信息,所以对单幅二维图像的精度要求较高,我们考虑了距离徙动中三次项的影响,得到的高度也更加准确。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.52

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