大前斜SAR成像技术研究

发布时间：2018-11-01 21:40

【摘要】：大前斜合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有提前探测目标的能力,与正侧视SAR相结合,可以大大增加SAR的灵活性和可探测的角度范围,并且能够获得目标多角度的散射特性,增加雷达对目标的识别能力,在多个领域尤其是军事侦察方面有着重要应用。大前斜SAR的主要特点是距离徙动大,导致距离向和方位向的二维耦合严重,并且大前斜SAR所搭载的平台往往具有运动复杂、惯导精度低等特点,传统的SAR成像技术已不能满足其需求。因此,本文针对大前斜SAR成像的特点,从成像算法、参数估计方法以及几何校正方法等几个方面进行了深入研究。论文的研究内容和创新成果主要体现在以下几个方面:1、提出了大前斜SAR成像算法针对距离向和方位向的二维耦合问题,通过在方位时域进行距离走动校正的方法实现二维去耦合;针对距离徙动的方位空变性,提出了时频域联合校正的方法,通过频域分块并变换到时域,将同一方位频率处不同目标的信号在时域分开,然后在时域分别进行距离徙动校正,解决了方位依赖的距离徙动校正问题;针对方位调制的方位空变性问题,利用子孔径情况下目标在方位频域的支撑域不同的特点,提出了频域非线性变标的方法,通过在频域乘以高次相位补偿方位调制的方位空变性,然后在时域乘以统一的去斜函数并傅里叶变换,解决了方位聚焦的问题。该成像算法已经过实测数据验证,成功处理出高分辨率大前斜SAR图像。2、提出了成像参数方位空变性估计和补偿方法针对大前斜SAR惯导精度低的问题,提出了基于扩展MAM法的方位聚焦参数(方位调制的二次、三次及四次相位系数)及其方位空变性的估计方法,利用短时傅里叶变换实现方位向的滑窗相关,获得两幅子视图像中不同位置的相对偏移量,从而估计出方位聚焦参数及其方位空变性,估计结果可以直接应用到成像算法中,解决了成像参数不准确情况下的聚焦问题;针对成像算法无法补偿成像参数高次方位空变性的问题,提出了基于图像域的补偿方法,利用图像域加窗并变换到时域的方法,实现不同目标分别补偿各自残余相位的目的,解决了成像参数存在高次方位空变性情况下的聚焦问题。利用实测数据验证了所提方法在实际应用中的有效性。3、提出了基于SAR回波的雷达高度估计方法针对雷达高度误差导致地距图像存在几何畸变的问题,提出了三种基于SAR回波的雷达高度估计方法:基于多普勒中心的方法、基于俯仰和差通道(即俯仰向的和、差两个通道)的方法以及基于多波位模式的方法。基于多普勒中心的估计方法,利用多普勒中心随距离的变化规律与雷达高度的关系,从多普勒中心随距离的曲线拟合系数中解算雷达高度;基于俯仰和差通道的估计方法,利用每个距离门的数据估计该距离门偏离波束中心的俯仰角度,从这些角度随距离的变化规律中估计雷达高度;基于多波位模式的估计方法,在多个擦地角下录取回波并估计作用距离,通过联立方程组,消除擦地角误差,并解算出雷达高度。这三种估计方法的可行性和估计精度都经过了验证,为雷达高度测量提供了一种有效途径。4、提出了大前斜SAR几何校正中的插值方法针对传统二维sinc插值导致地距图像质量下降的问题,推导了斜距图像点扩展函数及其二维频谱,分析了点扩展函数二维旁瓣不垂直的特点,给出了其二维频谱发生折叠的条件,并提出了改进的二维sinc插值方法,该方法的频域通带与点扩展函数的频谱具有相同的形状,保证了对斜距图像插值的正确性,解决了斜距图像二维频谱发生折叠情况下的几何校正问题。实测数据的处理结果证明了该方法的有效性。
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【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.52

【参考文献】