星载SAR仿真与图像处理技术研究
发布时间：2021-11-18 14:51
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）是一种成像思想,通过雷达的运动构建一个等效模拟天线,并利用脉冲压缩技术,能够达到获取距离、方位二维高分辨率雷达图像的目的。经过70年的发展,不同的SAR载体平台层出不穷,各式各样的工作模式应运而生,SAR的应用广泛地分布在军用和民用领域。考量到星载SAR研究的成本和效率,其仿真技术得以在各类研究领域中发挥着重要作用。SAR图像应用的广泛性使得高质量SAR图像的需求量增加,除了成像算法的改进,种类繁多的SAR图像处理技术逐渐成为研究热点。本文从SAR基本原理开始分析,研究了卫星轨迹的特殊性、多种工作模式的星载SAR、星载SAR信号的生成、BP算法处理多工作模式星载SAR信号、非理想因素影响成像结果以及SAR图像的辐射校正、地理信息编码、滤波等图像处理技术。本文的主要工作及创新如下:1.研究了SAR的基本几何关系,给出了SAR的方位向、斜视角、零多普勒面等重要概念的定义,对SAR信号进行了分析,并研究了SAR信号的特殊性质,推导了SAR的距离向和方位向分辨率,最后分析了如何获取更高分辨率SAR图像。2.分析了星载SAR...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年“猎鹰”9发射
第一章绪论3力灵活，卫星发射计划极大地增加了研制、应用的经验的同时，进一步巩固了军事霸主地位。开发卫星星座可以减少卫星重访时间[18]，有望以更短的访问时间提供更高分辨率的图像。MaxarTechnologies公司在加拿大子公司MDA制造了三颗RCM卫星，每颗重1.43t，均匀分布于600公里的太阳同步轨道，C波段的雷达将能够产生分辨率高达3米的SAR图像。SpaceX-猎鹰9于2019年6月12日成功为加拿大发射了这三颗SAR卫星，该卫星系统装有自动识别系统(AIS)传感器，以识别和跟踪船只，每24小时能够查看90%的地球表面。图1-1为该卫星发射图，这是加拿大最近一次发射RADARSAT系列卫星，被广泛应用于海上监视、灾害管理、生态系统监测等方面。图1-12019年“猎鹰”9发射在欧盟方面，SAR-lupe系统[18]作为德国的“放大镜”，如图1-2所示，在上世纪末进入研究，SAR-lupe系统具备独立、全天时、全天候、高分辨率的军事侦察能力，具有0.5m高分辨率能力，如图1-2所示；TerraSAR系列在卫星发展史上首次实现TOPS工作模式，能够进行大范围测绘，也能小范围进行高分辨率侦查。意大利COSMO-Skymed卫星能够实现0.7m分辨率的大测绘带成像，应用广泛。欧盟主导的Sentinel系列卫星同样具备在多种工作模式运行，获取高质量SAR图像的能力，同时超高的辐射分辨率以及良好的覆盖性能使得这个系列的卫星在环境与安全方面发挥着重要的作用。图1-2SAR-Lupe侦查卫星
电子科技大学硕士学位论文4就国内的发展情况而言，虽然SAR技术开始发展相对更晚，但是进步相当迅速。自上世纪70年代初发射第一颗卫星以来，中国卫星发射在数量和质量上都在稳步提升，图1-3为从高分三号信号中处理后的SAR图像。在2019年末，高分十二号发射成功，其具备分米级别分辨率，广泛的应用覆盖了国家领土调研、城市设计规划、道路交通规划、农产品产量估计以及抗震救灾的多方面，可为“海上丝绸之路”等国家的重要战略提供信息的支持，对加快国防军队的现代化技术、实现空天一体化增添一双“火眼金睛”。图1-3高分三号北京地区SAR图像1.3星载SAR仿真与图像处理技术研究现状1.3.1星载SAR仿真技术发展现状自上世纪70年代开始，SAR仿真技术同信号处理器的计算性能同步发展，星载SAR回波模拟技术作为仿真成像技术中必不可缺的一部分，也处于快速发展的状态。在2013年HuiSheng等提出了基于GPU的回波仿真方法，针对仿真效率低的问题在回波仿真过程中进行了效率的提升[19]；2015年，WangXiaoBe等提出了地球同步SAR回波模拟方法[20]，在一定程度上提升了仿真的真实性；2017年，NiChao等提出了一种基于拉格朗日插值的非整数延迟滤波器算法[21]，从而使回声延迟更加精确，在星载SAR仿真中有较好的应用；2018年，ShiQingwu等提出了时域有限差分法(FDTD)在信号模拟的准确性上有了一定的提升，并且能够更真实地反映出目标后向散射的特征状态[22]；2019年，ZhangXin等提出了能够模拟卫星和地球的真实几何形状的一种新的舰船坐标系回波模拟的方法[23]，该方法被应用于舰船目标的跟踪领域。这些仿真技术、方法的提出，极大地丰富了SAR仿真技术领域。但是对于多种工作模式的星载SAR仿真上并没有较为系统的仿真实现方式。图1-4为星载条带SAR仿真在距离
【参考文献】：
期刊论文
[1]深度学习在图像处理领域的探究[J]. 刘士豪,姜博厚. 电脑知识与技术. 2020(06)
[2]高分辨率SAR影像Frost时相滤波方法[J]. 李广宇. 铁道勘察. 2019(06)
[3]灾害遥感中SAR三维成像技术的研究与应用[J]. 梁兴东,卜运成,张福博,王宇,陈龙永. 太赫兹科学与电子信息学报. 2019(01)
[4]深度学习在图像处理领域中的应用综述[J]. 殷琪林,王金伟. 高教学刊. 2018(09)
[5]卫星遥感海面风技术现状及应用进展[J]. 窦芳丽,商建,郭杨,尹红刚,谷松岩. 气象科技进展. 2017(04)
[6]基于深度残差网络的高光谱遥感数据霾监测[J]. 陆永帅,李元祥,刘波,刘辉,崔林丽. 光学学报. 2017(11)
[7]星载SAR技术的现状与发展趋势[J]. 李春升,王伟杰,王鹏波,陈杰,徐华平,杨威,于泽,孙兵,李景文. 电子与信息学报. 2016(01)
[8]极化SAR图像自适应增强Lee滤波算法[J]. 郎丰铠,杨杰,李德仁. 测绘学报. 2014(07)
[9]星载SAR成像处理算法综述[J]. 李春升,杨威,王鹏波. 雷达学报. 2013(01)
[10]机载合成孔径雷达海面风场探测辐射定标精度要求研究[J]. 赵现斌,孔毅,严卫,艾未华,刘文俊. 物理学报. 2012(14)
本文编号：3503101
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年“猎鹰”9发射
第一章绪论3力灵活，卫星发射计划极大地增加了研制、应用的经验的同时，进一步巩固了军事霸主地位。开发卫星星座可以减少卫星重访时间[18]，有望以更短的访问时间提供更高分辨率的图像。MaxarTechnologies公司在加拿大子公司MDA制造了三颗RCM卫星，每颗重1.43t，均匀分布于600公里的太阳同步轨道，C波段的雷达将能够产生分辨率高达3米的SAR图像。SpaceX-猎鹰9于2019年6月12日成功为加拿大发射了这三颗SAR卫星，该卫星系统装有自动识别系统(AIS)传感器，以识别和跟踪船只，每24小时能够查看90%的地球表面。图1-1为该卫星发射图，这是加拿大最近一次发射RADARSAT系列卫星，被广泛应用于海上监视、灾害管理、生态系统监测等方面。图1-12019年“猎鹰”9发射在欧盟方面，SAR-lupe系统[18]作为德国的“放大镜”，如图1-2所示，在上世纪末进入研究，SAR-lupe系统具备独立、全天时、全天候、高分辨率的军事侦察能力，具有0.5m高分辨率能力，如图1-2所示；TerraSAR系列在卫星发展史上首次实现TOPS工作模式，能够进行大范围测绘，也能小范围进行高分辨率侦查。意大利COSMO-Skymed卫星能够实现0.7m分辨率的大测绘带成像，应用广泛。欧盟主导的Sentinel系列卫星同样具备在多种工作模式运行，获取高质量SAR图像的能力，同时超高的辐射分辨率以及良好的覆盖性能使得这个系列的卫星在环境与安全方面发挥着重要的作用。图1-2SAR-Lupe侦查卫星
电子科技大学硕士学位论文4就国内的发展情况而言，虽然SAR技术开始发展相对更晚，但是进步相当迅速。自上世纪70年代初发射第一颗卫星以来，中国卫星发射在数量和质量上都在稳步提升，图1-3为从高分三号信号中处理后的SAR图像。在2019年末，高分十二号发射成功，其具备分米级别分辨率，广泛的应用覆盖了国家领土调研、城市设计规划、道路交通规划、农产品产量估计以及抗震救灾的多方面，可为“海上丝绸之路”等国家的重要战略提供信息的支持，对加快国防军队的现代化技术、实现空天一体化增添一双“火眼金睛”。图1-3高分三号北京地区SAR图像1.3星载SAR仿真与图像处理技术研究现状1.3.1星载SAR仿真技术发展现状自上世纪70年代开始，SAR仿真技术同信号处理器的计算性能同步发展，星载SAR回波模拟技术作为仿真成像技术中必不可缺的一部分，也处于快速发展的状态。在2013年HuiSheng等提出了基于GPU的回波仿真方法，针对仿真效率低的问题在回波仿真过程中进行了效率的提升[19]；2015年，WangXiaoBe等提出了地球同步SAR回波模拟方法[20]，在一定程度上提升了仿真的真实性；2017年，NiChao等提出了一种基于拉格朗日插值的非整数延迟滤波器算法[21]，从而使回声延迟更加精确，在星载SAR仿真中有较好的应用；2018年，ShiQingwu等提出了时域有限差分法(FDTD)在信号模拟的准确性上有了一定的提升，并且能够更真实地反映出目标后向散射的特征状态[22]；2019年，ZhangXin等提出了能够模拟卫星和地球的真实几何形状的一种新的舰船坐标系回波模拟的方法[23]，该方法被应用于舰船目标的跟踪领域。这些仿真技术、方法的提出，极大地丰富了SAR仿真技术领域。但是对于多种工作模式的星载SAR仿真上并没有较为系统的仿真实现方式。图1-4为星载条带SAR仿真在距离
【参考文献】：
期刊论文
[1]深度学习在图像处理领域的探究[J]. 刘士豪,姜博厚. 电脑知识与技术. 2020(06)
[2]高分辨率SAR影像Frost时相滤波方法[J]. 李广宇. 铁道勘察. 2019(06)
[3]灾害遥感中SAR三维成像技术的研究与应用[J]. 梁兴东,卜运成,张福博,王宇,陈龙永. 太赫兹科学与电子信息学报. 2019(01)
[4]深度学习在图像处理领域中的应用综述[J]. 殷琪林,王金伟. 高教学刊. 2018(09)
[5]卫星遥感海面风技术现状及应用进展[J]. 窦芳丽,商建,郭杨,尹红刚,谷松岩. 气象科技进展. 2017(04)
[6]基于深度残差网络的高光谱遥感数据霾监测[J]. 陆永帅,李元祥,刘波,刘辉,崔林丽. 光学学报. 2017(11)
[7]星载SAR技术的现状与发展趋势[J]. 李春升,王伟杰,王鹏波,陈杰,徐华平,杨威,于泽,孙兵,李景文. 电子与信息学报. 2016(01)
[8]极化SAR图像自适应增强Lee滤波算法[J]. 郎丰铠,杨杰,李德仁. 测绘学报. 2014(07)
[9]星载SAR成像处理算法综述[J]. 李春升,杨威,王鹏波. 雷达学报. 2013(01)
[10]机载合成孔径雷达海面风场探测辐射定标精度要求研究[J]. 赵现斌,孔毅,严卫,艾未华,刘文俊. 物理学报. 2012(14)
本文编号：3503101
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