高分辨率機(jī)載SAR成像算法研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，簡稱SAR)是一種全天時(shí)、全天候的高分辨率微波成像系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，常規(guī)分辨率的單基SAR成像技術(shù)已經(jīng)逐漸趨于成熟。但是，應(yīng)用現(xiàn)有成像技術(shù)聚焦X波段超高分辨率SAR或者雙基SAR回波數(shù)據(jù)時(shí)仍然存在很多問題。
　　 超高分辨率條件下，線性調(diào)頻變尺度算法(Chirp Scaling Algorithm，簡稱CSA)等近似頻率域算法的相位誤差變大，導(dǎo)致SAR圖像聚焦

2、質(zhì)量顯著下降。針對此問題，本文研究了在步進(jìn)調(diào)頻體制下對兩種近似頻率域算法進(jìn)行改進(jìn)，減小算法相位誤差，從而實(shí)現(xiàn)X波段超高分辨率SAR回波數(shù)據(jù)的高精度聚焦處理。
　　 雙基SAR系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分置使得回波信號(hào)的多普勒相位歷史較為復(fù)雜，高精度的雙基成像算法的推導(dǎo)也較為繁瑣。本文對雙基極坐標(biāo)格式算法(Polar Format Algorithm，簡稱PFA)和雙基反投影算法(Back Projection Algorithm，簡

3、稱BPA)進(jìn)行了分析和完善。此外，對現(xiàn)有幾種近似雙基頻譜的精度進(jìn)行了比較，并推導(dǎo)了雙基距離多普勒算法(Range DopplerAlgorithm，簡稱RDA)。
　　 論文第一章緒論，介紹了本文工作的研究背景，回顧了單基和雙基SAR的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀。最后，總結(jié)了本文的主要工作。
　　 論文第二章研究了基于步進(jìn)調(diào)頻信號(hào)的超高分辨率SAR成像算法。本章首先介紹了步進(jìn)調(diào)頻回波信號(hào)模型以及現(xiàn)有帶寬合成方法。然后，分別討論了直接

4、接收和dechirp接收方式下回波信號(hào)的處理流程。該流程利用CSA或者擴(kuò)展頻率域變尺度算法(Extended Frequency ScalingAlgorithm，簡稱EFSA)聚焦接收子脈沖信號(hào)集，在二維頻率域?qū)ψ用}沖集進(jìn)行拼接，并對拼接所得數(shù)據(jù)做二維逆傅立葉變換得到圖像。最后，對上述處理流程和原始CSA/EFSA聚焦全帶寬信號(hào)的相位誤差進(jìn)行了分析和比較。點(diǎn)目標(biāo)仿真和相位誤差分析均表明，本章提出的子脈沖數(shù)據(jù)聚焦后拼接的處理流程可以有效

5、的改善圖像聚焦質(zhì)量。
　　 論文第三章討論了基于尺度變換原理的雙基PFA。首先簡單介紹了雙基聚束模式下的成像幾何關(guān)系以及雙基PFA流程。然后，討論了尺度變換原理(Principle of Chirp Scaling，簡稱PCS)以及雙基PFA距離向重采樣的本質(zhì)。最后，對直接接收和dechirp接收方式下的回波信號(hào)分別進(jìn)行了距離向變標(biāo)處理。由于應(yīng)用尺度變換代替插值來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的距離向重采樣，雙基PFA的運(yùn)算效率得到了有效改善。

6、>　　 論文第四章對雙基PFA的波前彎曲誤差進(jìn)行了分析和校正。平面波前假設(shè)在雙基PFA聚焦過程中引入了相位誤差，導(dǎo)致圖像出現(xiàn)空變幾何失真和散焦現(xiàn)象。本章首先推導(dǎo)了波前彎曲誤差的解析表達(dá)式。然后，基于此解析表達(dá)式，設(shè)計(jì)空變?yōu)V波器來補(bǔ)償雙基PFA圖像中的散焦現(xiàn)象，并利用插值運(yùn)算來校正圖像中的幾何失真。點(diǎn)目標(biāo)仿真以及濾波后場景聚焦范圍的分析表明該方法可以有效地補(bǔ)償雙基PFA的波前彎曲誤差。
　　 論文第五章討論了雙基濾波反投影(Fi

7、lter Back Projection，簡稱FBP)算法以及FBP算法與CSA之間的聯(lián)系?；陔姶艌瞿Ｐ秃?。Born近似，SAR基帶回波信號(hào)被視為場景復(fù)反射系數(shù)的傅立葉積分變換，對信號(hào)應(yīng)用FBP類的逆轉(zhuǎn)方法可以得到圖像。本章進(jìn)一步完善了該FBP方法在雙基SAR成像中的應(yīng)用，并對其本質(zhì)進(jìn)行了分析。然后，在單基配置下，對FBP算法與CSA之間的聯(lián)系進(jìn)行了推導(dǎo)。發(fā)現(xiàn)在忽略信號(hào)距離向調(diào)頻斜率的空變性的條件下，F(xiàn)BP算法可以近似得到CSA處理流

8、程。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了FBP的二維空變匹配濾波器本質(zhì)。
　　 論文第六章對雙基二維點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)頻譜和雙基RDA進(jìn)行了分析。首先，簡單介紹了現(xiàn)有三種近似的二維點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)頻譜，并對頻譜精度進(jìn)行了分析和比較。分析表明改進(jìn)后的Loffeld雙基公式(Improved Loffeld’s Bistatic Formula，簡稱ILBF)與級(jí)數(shù)逆轉(zhuǎn)(Method of SeriesReversion，簡稱MSR)頻譜精度相當(dāng)。基于ILBF頻譜，