双基SAR实时信号处理实现与车载实验

发布时间：2020-09-08 15:05

　　随着合成孔径雷达技术的发展,单基SAR(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像系统的研究和应用已趋于成熟,而单基SAR系统无法进行前视成像的弊端使其在某些应用场合无法满足工作需求。可以通过增加一个雷达平台,从而构成雷达发射机工作在侧/斜视状态,接收机处于前视状态的双基前视SAR系统,可在接收机正前方区域形成二维分辨网格单元,从而实现接收机的正前视成像。本文针对双基SAR系统进行了理论可行性分析,并对双基SAR成像算法推导和数字仿真,在此基础上进行了软件工程化与车载外场实验,验证了双基SAR成像系统的软硬件有效性。在成像算法方面,本文首先分析了双基SAR的成像原理和二维分辨特性,解释了双基SAR系统能够进行前视成像的原因;在此基础上,建立了双基SAR回波几何模型与回波信号模型,并对回波二维频谱的空变特性进行仿真分析,并以此为依据,提出了一种通过对斜距进行高阶拟合从而消除距离空变的非线性变标成像算法,为后续的软件工程化与外场实验提供理论依据。在软件工程化实现方面,本文首先根据成像算法的运算量等要求,选择TMS320C6678高性能数字信号处理(DSP)芯片作为软件工程化实现的硬件;以并行加速、多核同步、缓存一致性维护等实现方法为依据,进行软件工程化工作,并进行数据回放实验,以验证软件工程化有效性。在车载外场实验方面,首先以雷达系统参数设计准则为依据设计采样率和脉冲重复频率等参数;其次,通过多组单/双基SAR实验分别对单一相控阵雷达系统、时频同步系统等硬件进行验证。在此基础上,进行双基SAR成像实验,以验证成像算法性能与软件工程化可靠性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN957.52
【部分图文】：

SAR图像,双基,构型,成像

1983 年公布了三幅双基 SAR 图像[2]。2002 年 9 月，英国国防计划研究署（DFA）以铯原子钟作为系统为同步源进行了首次机载双基 SAR 试验，这次实验中，ESR(Enhanced Surveillance Radar)雷达作为发射基安装于飞机上，工作在发射与接收模式下，而 ADAS(Airborne Data Acquisition System)雷达仅作为接收机装载在直升机上，研究人员利用极坐标算法对采集的回波数据进行处理，并得到了场景图像。2007年，德国宇航局（DLR）计划组建了世界第一组星载双基 SAR 系统，并发射了第一颗TerraSAR-X测绘卫星。2009 年，德国应用科学研究所（FHR）利用 TerraSAR-X 测绘卫星进行星机双基 SAR 实验[3]，空间平台工作在滑动聚束模式，机载相控阵雷达平台工作在条带模式，如图 1.1 所示。成像结果为采用后向投影算法得到的双基 SAR图像。2010 年，第二颗 Tandem-X 卫星发射上天，同年 8 月，德国 DLR 正式开展星载双基 SAR 实验[4]，成功获得星载双基 SAR 图像，如图 1.2 所示。其中，TerraSAR-X 卫星作为发射基处于运动前方后斜视 0.8 度模式下，后方 20km 处 Tandem-X 作为接收基工作在前斜视 0.8 度模式下。

示意图,双基,星载,示意图

a)几何构型示意图 b)成像结果图 1.2 TerraSAR-X 与 Tandem-X 星载双基 SAR 实验示意图与结果2013 年，德国 FGAN 利用地面车载平台作为发射平台，机载平台作为前视接收平台进行双基前视 SAR 成像实验[5]。实验场景光学对比图如 1.3a)所示，其中黄色图钉标记为角反放置位置，系统对机场跑道进行照射，成像结果如图 1.3 b)所示。a)双基前视 SAR 几何构型示意图

双基,前视,成像,结果对比

a)几何构型示意图 b)成像结果图 1.2 TerraSAR-X 与 Tandem-X 星载双基 SAR 实验示意图与结果2013 年，德国 FGAN 利用地面车载平台作为发射平台，机载平台作为前视平台进行双基前视 SAR 成像实验[5]。实验场景光学对比图如 1.3a)所示，其中黄钉标记为角反放置位置，系统对机场跑道进行照射，成像结果如图 1.3 b)所示。a)双基前视 SAR 几何构型示意图

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