非均匀快速傅里叶变换及其在SAR成像中的应用

发布时间：2017-06-29 08:18

  本文关键词：非均匀快速傅里叶变换及其在SAR成像中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达,利用雷达平台沿航向的运动形成合成孔径对地面目标成像。在成像过程中,雷达平台自身运动和环境等因素影响一方面会导致回波数据中距离向和方位向的耦合,给后续信号处理增加难度;另一方面导致空间采样在很多情况下不均匀,使用传统的雷达成像方法处理会使成像结果存在很大误差。非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)算法主要针对非均匀数据进行插值、过采样FFT和加窗处理,得到均匀分布的结果,在SAR成像处理中有很好的实用性。本文主要针对非均匀采样SAR数据,采用NUFFT算法进行处理,给出了NUFFT在非均匀采样SAR处理中的公式,并将其应用于非均匀采样SAR数据的距离徙动校正中,同时实现了方位向相位误差校正,提高了图像的成像质量。通过理论推导和仿真数据处理证明了该方法的有效性和可行性。本文的主要工作如下:(1)分析了SAR在距离向和方位向的成像原理,对RD、CS和?K等三种经典算法进行了分析,并进行了点目标仿真验证。从算法计算量和精度出发,重点研究了去除距离徙动对各种算法的影响,并进行了仿真验证,为NUFFT算法应用其中提供理论基础。(2)通过对NDFT相关问题的研究了介绍了NUFFT算法的原理,并推导了基于高斯窗函数的NUFFT算法的公式,同标准FFT算法进行了复杂度比较和误差分析。在此基础上使用NUFFT算法分别对单频和多频非均匀采样信号进行处理,给出了误差分析,并同FFT算法直接处理结果进行了对比,验证了NUFFT算法实现方案的有效性。(3)介绍了SAR信号处理中回波数据二维可分离原理,验证了使用NUFFT算法对其进行处理的合理性。推导了基于NUFFT的RD算法公式,并进行点目标的仿真,同时与经典算法成像的结果、算法复杂度进行了对比,论证了该算法的有效性。(4)建立了方位向非均匀采样的成像模型,分析了非均匀采样数据对方位向聚焦造成的影响,并在误差不同的情况下进行了仿真。将方位向补偿原理同NUFFT处理相结合,推导了适合NUFFT处理的算法实现公式。仿真表明,该方法的聚焦效果等同于使用传统FFT并进行自聚焦处理后获得的成像结果。
【关键词】：合成孔径雷达 成像算法 非均匀快速傅里叶变换 距离徙动校正 误差分析 相位校正
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-12
• 缩略词12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 引言13
• 1.2 非均匀快速傅里叶变换的起源、发展和现状13-14
• 1.3 SAR成像信号处理的发展概况14-17
• 1.3.1 SAR信号处理的起源、发展和现状14-15
• 1.3.2 SAR成像算法的发展15-16
• 1.3.3 NUFFT在SAR成像中的应用发展16-17
• 1.4 论文主要研究内容17-19
• 第二章 SAR成像信号处理基础19-39
• 2.1 引言19
• 2.2 SAR成像回波信号研究及仿真19-27
• 2.2.1 SAR成像几何模型19-20
• 2.2.2 SAR成像分辨率20-23
• 2.2.3 SAR成像原理23-27
• 2.3 经典算法概述27-34
• 2.3.1 距离多普勒算法27-29
• 2.3.2 Chirp Scaling算法29-30
• 2.3.3 ωK算法30-31
• 2.3.4 仿真实现与分析31-34
• 2.4 距离徙动的产生与消除34-38
• 2.4.1 距离徙动产生原理34-36
• 2.4.2 仿真实现与性能分析36-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 NUFFT原理及仿真结果分析39-54
• 3.1 引言39
• 3.2 NUFFT原理39-43
• 3.2.1 NUFFT算法概述39-40
• 3.2.2 NUFFT算法推导40-43
• 3.3 NUFFT算法的实现及复杂度分析43-47
• 3.3.1 NUFFT算法实现43-44
• 3.3.2 NUFFT计算复杂度和误差分析44-47
• 3.4 NUFFT算法对非均匀信号的处理实现及误差分析47-53
• 3.4.1 非均匀采样算例48-49
• 3.4.2 仿真结果与分析49-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 基于NUFFT的二维可分离实现与方位向运动补偿54-79
• 4.1 引言54
• 4.2 基于NUFFT的SAR信号二维可分离的实现54-61
• 4.2.1 二维可分离原理54-57
• 4.2.2 基于NUFFT算法的二维可分离实现57-59
• 4.2.3 仿真实现与分析59-61
• 4.3 方位向非均匀采样对成像的影响61-66
• 4.3.1 非均匀采样误差分析61-64
• 4.3.2 仿真实现与性能分析64-66
• 4.4 基于NUFFT算法的方位向非均匀采样处理实现66-78
• 4.4.1 方位向补偿原理67-69
• 4.4.2 PGA算法补偿实现69-70
• 4.4.3 NUFFT算法对方位向误差处理70-73
• 4.4.4 仿真实现与性能分析73-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第五章 结束语79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

【参考文献】

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本文编号：497188