调频连续波合成孔径雷达成像研究与系统实现
本文关键词： 调频连续波 合成孔径雷达 信号分析 距离多普勒算法 频率变标算法 系统实现 极化分解 基于模型 出处：《中国科学院国家空间科学中心》2016年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨雷达,在距离向它利用脉冲压缩技术得到高分辨率,在方位向利用孔径合成技术得到高分辨率,从而得到目标的高分辨率图像。和光学成像相比,SAR能够全天时全天候地进行对地观测,不受黑夜、云雾等自然条件影响,而且在特定频率下能够穿透地表和植被获取地表下的信息,因而在地质探测、地形测绘等民用领域和目标识别、战场侦查等军事领域有着广泛的应用前景SAR技术与调频连续波(FMCW)技术相结合为发展体积小、成本低的高分辨率合成孔径雷达提供了条件。高度小型化的FMCW SAR非常适合有效载荷受严格限制的小型平台的需要,在军民许多领域有广泛的应用前景,因此受到各个国家越来越多的关注。但由于FMCW SAR连续发射调频信号,与脉冲SAR相比,发射信号时长较长,较长的信号时长恶化了接收信号的畸变,雷达平台在信号发射期间的运动不能被忽略,而传统的成像方式是基于“停走停”模式的假设(不考虑信号发射期间平台与目标之间的运动导致的斜距变化)推导的,从而造成了两者在回波模型,成像处理等方面有所不同。因此,传统脉冲体制下的成像算法不能直接运用于FMCW SAR中,必须结合FMCW SAR回波信号的特点对其加以改进。基于FMCW SAR成像处理与系统实现,本论文主要完成以下工作。一、分析了FMCW SAR回波信号特点与Dechirp处理对回波信号的影响;详细分析了FMCW SAR与脉冲SAR回波信号模型的区别,分析了FMCW SAR回波的瞬时频谱,并对FMCW SAR回波进行了建模;分析了脉内多普勒畸变对距离向信号的影响并分析其影响是否可被忽略并指出了“停走停”假设成立的条件;通过仿真FMCW SAR回波对分析进行了验证。二、对传统脉冲SAR成像算法进行改进使其适用于FMCW SAR。在脉冲SAR成像算法中,距离多普勒(RD)算法与线性调频变标(CS)算法是最常用的两种算法,然而这两种算法都没有考虑在信号发射期间雷达的连续运动所引起的与目标间的瞬时斜距的变化,这种特征必然导致对接收信号的多普勒畸变,使得在距离向产生附加的偏移,如果不加以校正必然导致距离和方位展宽或偏移,不能很好保持系统分辨率,本文第三章对RD算法进行了改进。其次,CS算法通过相位相乘将不同斜距处目标的距离徙动轨迹变的相同然后通过一致距离徙动校正解决了距离徙动随斜距而改变的问题,提高了成像精度的同时也提高了运算效率,但CS算法要求回波信号在距离向具有线性调频特征,所以也不适用于FMCW SAR,而频率变标(FS)算法原理与CS算法类似,通过相位相乘消除了距离徙动随斜距的变化,适用于以去调频方式接收的FMCW SAR。但传统FS算法忽略了脉内雷达的连续运动,从而影响了最终的成像质量,第四章对传统FS算法进行改进使其适用于FMCW SAR。三、研究FMCW SAR全极化成像处理问题。极化测量是SAR系统发展的一个重要方向,对极化信息的获取、描述与处理的研究是FMCW SAR成像发展的重要方向。本文首先对极化信息处理的基础理论进行了阐述,重点针对极化分解理论进行了研究,描述了常用的相干分解与非相干分解方法,分析与比较了这些分解算法的特点。由于基于模型的分解与实际地物散射特征相对应,分解结果更直观易懂,所以成为国内外极化成像的重点研究方向之一。本文对于基于模型的分解算法进行了深入的研究,分析指出了现有基于模型的分解方法存在的不足,对此提出了自适应的基于模型的分解算法并采用优化措施使得分解更符合实际地物特征,并通过试验来验证分析的准确性。四、完成了FMCW SAR系统的设计与实现,并进行了校飞试验验证了系统的可行性。系统采用收发天线分置方式以提高收发隔离度,天线采用透镜喇叭方式以进一步降低系统重量以及减小天线尺寸,实际校飞结果验证了系统可行性。论文最后对全文工作进行了总结与展望,总结了对于FMCW SAR成像与系统实现在论文中已经解决的问题,也指出了下一步仍然需要解决的问题。
[Abstract]:Synthetic Aperture Radar ( SAR ) is a kind of high resolution radar . The high resolution is obtained by using pulse compression technique in the range of distance . In this paper , the basic theory of polarimetric information processing is analyzed and compared with CS algorithm .
【学位授予单位】：中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.52
【参考文献】
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，本文编号：1505208
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