地基成像雷达快速处理方法研究

发布时间：2020-06-21 09:24

【摘要】：地基合成孔径雷达(Ground-based Synthetic Aperture Radar,简称GB-SAR)差分干涉是近年发展起来的一种针对微小形变监测的新型遥测技术,在露天矿山、地质滑坡、冰川移位、雪崩等地表形变监测中具有不可替代的优势,同时,在大坝、桥梁、高塔等大型建筑物形变监测领域也有广泛应用前景。为获取观测区域的高分辨率、高精度、实时监测结果,GB-SAR系统信号处理分系统须具备较强的实时处理能力,在短时间内完成图像聚焦,为后续高精度差分干涉处理提供质量良好的单视复图像。由于观测几何的特殊性,GB-SAR回波数据主要以子孔径方式体现出来,分辨率呈现出较为严重的空变性,常规成像处理算法难以直接应用,迫切需要结合GB-SAR成像特点,研究快速GB-SAR成像处理算法。本论文在现有距离多普勒(Range Doppler,简称RD)算法、后向投影(Back Projection,简称BP)算法的基础上,进一步研究GB-SAR成像技术,主要从GB-SAR的信号模型、平面分辨特性、快速成像算法和实验数据处理等方面展开研究。主要研究内容如下:1、介绍了GB-SAR系统的成像原理和分辨特性,建立了基于线性轨道的GB-SAR成像信号模型,推导了GB-SAR二维分辨特性;研究了常规RD算法、BP算法以及极坐标格式算法,系统地比较分析了各类算法的处理功能和运算量;改进了极坐标格式成像算法,结合chirp Z变换,在保证成像处理精度的同时,简化了成像处理步骤,并通过仿真实验对算法的有效性进行了验证。2、提出了一种新的伪极坐标格式成像算法,定义了伪极坐标系,仅需二维快速傅里叶变换即可有效实现数据的均匀采样;同时,通过迭代参数优化设计,完成了对聚焦图像的进一步加速收敛,从而提高了成像处理的效率,为GB-SAR成像处理分系统提供了高效成像处理算法;最后,通过数值仿真和实验数据处理验证了算法的有效性。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.52
【图文】：

雷达系统,固定式

但是此系统利用一维距离像来获取其形变数据，无法对前方目标区域进行成像，从而无法实现对目标进行整体观测。图1-1 固定式 IBIS-FS 雷达系统Fig.1-1Fixed IBIS-FS Radar System2）旋转式旋转式的雷达监测系统研究中，澳大利亚 groundProbe 公司和南非的 REUTECH公司基于实孔径技术（RAR）开发了 SSR-FX 监测雷达和 MSR300 监测雷达用来测量形变和地形映射。该类型设备多采用一发多收模式，通过改变天线所形成的干涉基线来实现高度敏感性和相位解缠复杂性的调整；或采用天线随转动轴的转动进行弧形扫描并获取采集数据，实现对场景更大范围的观测，进而获取方位向的高分辨率。3）直线轨道式直线型地基雷达监测系统基本采用合成孔径雷达技术，且多工作于 Ku 波段，监测精度可达毫米级甚至亚毫米级，具有扫描距离远、范围大的特点，是比较受欢迎的一种微变监测雷达系统。与此同时，关于 GB-SAR 的成像技术也得到了广泛关注。2009 年

波形,调频连续波

c)调频连续波相位谱c)Frequency modulated continuous wave phase spectrum图2-1 调频连续波Fig.2-1Frequency modulated continuous wave调频连续波的波形如图 2-1a)所示，幅度谱如图 2-1b)所示，相位谱如图 2-1c)所示，由图中可看出调频连续波的信号持续时间可达到毫秒级，且在一个发射脉冲内占空比可达到 1，所以该信号的能量可分布在整个脉冲重复周期内，当应用于 GB-SAR这种小型化的应用平台时，发射功率相对较低，且功耗小，能够降低使用成本[20-21]。

【参考文献】