机载单天线SAR动目标成像技术研究

发布时间：2017-08-10 20:35

  本文关键词：机载单天线SAR动目标成像技术研究

  更多相关文章： 合成孔径雷达 运动目标成像 运动参数估计 最大幅值提取 多普勒参数

【摘要】：合成孔径雷达(SAR)作为一种具有全天时和全天候特性的高分辨率成像传感器,被广泛地应用于军用和民用领域。运动目标成像则是SAR系统的一个重要应用。在硬件平台方面,单天线SAR实现成本较低并且不存在多天线处理的配准问题,数据量少,容易实时处理。此外,在大多机载SAR平台中依然使用单天线的方式获取数据。因此单天线SAR下的运动目标成像算法有着较大的研究价值。相对于静止目标而言,由于运动参数的存在,运动目标成像处理过程中需要面临更加严重的距离和方位向耦合。尤其对于快速运动而言,耦合程度更严重。因此运动目标带来更多信息的同时也带来了更多挑战。本文研究了在单天线机载SAR平台进行运动目标高分辨率成像及其运动参数估计的方法,所作的主要工作及创新如下：1.建立考虑平台高度的运动目标回波模型。首先对传统的运动目标回波模型进行分析,接着建立考虑平台高度的更具实用性的回波模型,通过两者对比,指出传统模型建模过程中的不足。在新模型中,距离向速度对多普勒调频率存在影响,进而影响距离弯曲。此外,采用多普勒中心去估计地面距离向速度时,运动目标在聚焦图像上的定位斜距需要被考虑。2.提出基于最大幅值的提取算法。本算法在较大距离徙动情况下,利用图像幅度最大值特性来定位目标位置。利用定位到的目标位置,一方面,可以从多目标中分离单目标,针对每个目标进行单独精准处理,进而有助于实现多目标的高分辨率成像。另一方面,根据位置信息对应的原始数据,可以直接提取此目标的相位信息,从而实现了相位解缠,进而有利于提高后续的多普勒参数估计算法的性能。在距离徙动校正前直接得到回波信号相位信息,解决了距离徙动和相位估计的矛盾。针对环境中噪声和杂波的干扰,本文提出相应的处理算法,并对处理算法的可行性进行分析。仿真实验表明,在复杂环境下,基于最大幅值的提取算法依然能够有效地实现目标分离和相位提取。3.提出基于最大幅值的运动参数估计算法。从模型分析可知,多普勒参数准确对应着运动参数,可以利用多普勒参数来估计运动参数。本文首先利用传统分数傅立叶变换算法初步估计多普勒参数。针对快速目标造成的多普勒模糊的情况,提出针对不同程度噪声干扰下的多普勒模糊数估计方法。在弱噪声下,利用斜率信息高效估计,在强噪声下,利用对比度准确估计。为了提高强噪声下的计算效率,本文在最大幅值提取算法的基础上,充分考虑提取的信息,提出更为高效的自适应迭代模糊数估计算法。结合之前模型分析中运动参数与多普勒参数的关系,即可得到运动参数。仿真实验表明,在强噪声情况下,利用多普勒估计算法能够实现高精度运动目标成像,利用运动参数估计算法能够准确地估计运动参数。此外,本文采用雷达信号处理和图像处理相结合的方法,提出基于最大幅值提取的二维多普勒参数估计算法。该算法在大距离徙动存在时依然有效,弥补了传统时频分析方法的不足。
【关键词】：合成孔径雷达 运动目标成像 运动参数估计 最大幅值提取 多普勒参数
【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
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第1章 绪论14-24
• 1.1 研究背景与研究意义14-18
• 1.1.1 合成孔径雷达研究背景及发展14-16
• 1.1.2 SAR运动目标成像的研究意义16-18
• 1.2 国内外研究现状18-21
• 1.3 论文的研究内容和组织结构21-24
• 第2章 SAR成像原理与运动目标成像技术24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 合成孔径雷达基本成像原理24-30
• 2.2.1 静止目标回波模型及RD算法简介25-27
• 2.2.2 运动目标回波模型27-29
• 2.2.3 运动目标对成像的影响29-30
• 2.3 SAR运动目标成像原理及主要算法30-36
• 2.3.1 距离徙动校正30-34
• 2.3.2 多普勒参数估计34-35
• 2.3.3 距离徙动校正和多普勒估计的关系35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第3章 基于最大幅值的提取算法38-52
• 3.1 引言38
• 3.2 SAR运动目标和回波信号分析38-42
• 3.2.1 运动目标回波模型38-41
• 3.2.2 多普勒参数和距离徙动效应变化的影响41-42
• 3.3 基于最大值的提取算法42-50
• 3.3.1 理想条件下单目标42-45
• 3.3.2 复杂环境下基于最大幅值的提取算法45-50
• 3.4 复杂环境下提取算法的可行性分析50
• 3.5 本章小结50-52
• 第4章 基于最大幅值的运动目标参数估计52-78
• 4.1 引言52
• 4.2 基于最大幅值的模糊多普勒参数估计52-53
• 4.3 基于最大幅值的多普勒模糊数估计53-60
• 4.3.1 弱噪声54-55
• 4.3.2 强噪声55-56
• 4.3.3 自适应多普勒模糊数估计算法56-57
• 4.3.4 自适应模糊数估计算法细节讨论57-59
• 4.3.5 实验结果与分析59-60
• 4.4 距离徙动校正60-63
• 4.4.1 校正原理60-61
• 4.4.2 距离弯曲偏移的分析61-63
• 4.4.3 距离徙动校正滤波器设计63
• 4.5 运动目标参数估计方法63-65
• 4.5.1 方位向压缩63
• 4.5.2 运动参数估计63-65
• 4.6 仿真实验与性能分析65-76
• 4.6.1 仿真参数说明65
• 4.6.2 单个快速运动目标65-67
• 4.6.3 多个运动目标67
• 4.6.4 更快速目标67-69
• 4.6.5 性能对比69-76
• 4.7 本章小结76-78
• 第5章 总结与展望78-82
• 5.1 论文总结78-79
• 5.2 未来研究展望79-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-92
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王宏艳;;基于分数阶傅立叶变换的运动目标成像[J];科技信息;2010年18期

2 郭永强;陈自力;;半空间模型的地下目标成像[J];电光与控制;2008年03期

3 王虹现;李亚超;全英汇;张守宏;;一种高效的非均匀转动目标成像方法[J];西安电子科技大学学报;2010年05期

4 夏斌;许稼;彭石宝;彭应宁;;一种机载SAR地面运动目标成像模块设计[J];雷达科学与技术;2011年03期

5 苏峰;杨松;牟建超;赵莉芝;;一种调频步进频雷达高速目标成像的新算法[J];现代雷达;2012年06期

6 王永寿;雷达的目标成像技术[J];飞航导弹;1999年10期

7 顾福飞;张群;梁颖;杨秋;孙凤莲;;基于压缩感知的地面运动目标成像方法[J];电波科学学报;2013年04期

8 徐国军;张明敏;程广利;刘成元;;极坐标格式算法在水下目标成像中的研究[J];声学技术;2008年04期

9 姚萌,王华斌;基于小波变换的探地雷达目标成像廓线获取[J];仪器仪表学报;2003年S2期

10 范录宏;费智婷;黄顺吉;;基于时频分析方法的多弹头成像处理算法[J];电子科技大学学报;2006年03期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 徐培德;卢盼;许语拉;;海洋移动目标成像侦察任务分解[A];中国运筹学会第九届学术交流会论文集[C];2008年

2 句彦伟;李士国;于立;;基于瞬时距离-瞬时多普勒的高速机动目标成像[A];2009年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2009年

3 张群;管华;郭英;宋元鹤;李宏伟;;具有大旋翼一类旋转部件的雷达目标成像[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年

4 姚萌;王华斌;;基于小波变换的探地雷达目标成像廓线获取[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年

5 程广利;徐国军;张明敏;刘承元;;投影层析成像算法在水下目标成像中的仿真研究[A];2007’促进西部发展声学学术交流会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 李晨雷;分布式SAR动目标成像关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 朱晓章;非均匀介质中的目标成像与反演方法研究[D];电子科技大学;2014年

3 王鹏宇;基于压缩感知的旋转体目标成像鉴别方法研究[D];国防科学技术大学;2013年

4 孔雪;非均质条件下绕射目标成像方法研究[D];中国石油大学（华东）;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵欣悦;基于压缩感知和相位恢复的SAR微动目标成像及检测方法[D];燕山大学;2016年

2 杨晓炎;基于相位恢复的SAR运动目标成像方法研究[D];燕山大学;2016年

3 谭凯;机载单天线SAR动目标成像技术研究[D];中国科学技术大学;2016年

4 马瑜杰;舰船目标成像方法及实时处理软件的研究[D];西安电子科技大学;2009年

5 林超;分布式SAR动目标成像技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

6 周慧源;机载SAR对舰船动目标成像问题研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

7 周欣;双速SAR动目标成像与参数估计方法研究[D];南京航空航天大学;2014年

8 舒珍;穿墙雷达室内多静止目标成像方法研究[D];南昌大学;2013年

9 寇立志;SAR图像动目标特性分析及仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

10 钟森城;激光水下目标成像关键技术研究[D];中国工程物理研究院;2012年

，

本文编号：652578