海面目標合成孔徑雷達成像模擬研究.pdf

1、海面及其上方目標的合成孔徑雷達(SAR)成像模擬研究在海洋環(huán)境監(jiān)測、目標識別和信號分離技術中具有重要的科學意義，是提高SAR系統(tǒng)性能、檢驗成像算法和提高SAR應用效果的重要途徑。本論文就此領域的相關問題開展了系統(tǒng)的研究工作。
　　 首先討論了SAR成像的海浪表面模型。研究了SAR所能“看到”的海面的結構和SAR探測海面大尺度波的機制。應用海浪水質點運動的流體力學模型對波浪進行描述，同時，針對海浪具有的明顯的隨機性，用振幅、頻率、

2、方向、相位不同的波疊加起來描述海浪，介紹了雙尺度表面模型以及最新的研究結果。
　　 分析了兩種高分辨率的SAR成像處理算法：距離多普勒(RD)算法和Chirp Scaling(CS)算法，并對它們的性能進行了比較。在此基礎上，針對普通方法處理雙站SAR(Bis-SAR)數據的局限性，提出了一種改進的非線性Chirp Scaling(NLCS)方法來處理一般情況下的Bis-SAR數據。其中關鍵是應用級數展開來得到信號精確的頻譜，然

3、后進行線性距離單元徙動校正(LRCMC)來減少距離-方位耦合，再應用非線性Chirp Scaling對數據進行處理，使之能夠進行方位向壓縮。模擬結果表明，改進后的非線性Chirp Scaling方法可以處理復雜的Bis-SAR數據。
　　 詳細研究了海浪SAR的成像機理。針對SAR系統(tǒng)只能探測與入射電磁波發(fā)生Bragg諧振的微尺度波，中尺度海洋現象(如海浪、內波、水下地形、艦船和尾跡等)通過對微尺度波在空間和時間上的調制間接被S

4、AR系統(tǒng)獲得而成像的特點。討論了空間上的調制和時間上的調制對SAR成像的影響。針對譜域調制函數難以實現精確調制的難題，提出一種高效的雙疊加模型。然后在此模型的基礎上，應用調制分布面元模型(MDSFM)計算海面在合成孔徑內的散射截面，結合空域計算和譜域上的調制詳細討論了海浪的調制機理對SAR成像的影響，從而實現海浪SAR成像的精確模擬。并進一步討論了破碎波對SAR成像的影響。另外，對于艦船和海面復合模型的SAR成像問題，利用物理光學法(P

5、O)和物理繞射等效流方法(PTDEEC)的混合方法來計算電大尺寸艦船目標的高頻散射；并在此基礎上結合四路徑模型和MDSFM方法研究了動態(tài)海面及其上方艦船復合目標的SAR成像。
　　 針對海洋干涉SAR測量模式這一項新技術，詳細探討了順軌干涉SAR(Along-TrackInterferometric Synthetic Aperture Radar，ATI-SAR)和交軌干涉SAR(Across-TrackInterferome

6、tric Synthetic Aperture Radar，XTI-SAR)海浪成像機制。得到了ATI-SAR和XTI-SAR的海浪復圖像，以及ATI-SAR相位譜與海浪譜之間的非線性映射關系。
　　 針對海面Bis-SAR系統(tǒng)比單站SAR(Mon-SAR)系統(tǒng)更加復雜的幾何關系，將調制分布面元模型(MDSFM)拓展到雙站，同時研究了速度聚束調制這-SAR成像特有的調制機理對Bis-SAR的影響；通過雙站散射機理的分析，來計算海

7、面和復雜目標的復合電磁散射，獲得Bis-SAR的散射回波。得到了平飛斜視情況下Bis-SAR圖像平面中強度變化表達式，它定量地描述了目標方位位置偏移量，方位向分辨率的下降程度以及海面目標的耦合散射造成的距離向分辨率的下降程度，為Bis-SAR的海洋應用研究及系統(tǒng)設計提供了理論基礎。
　　 對Franceschetti提出的SAR原始回波模型進行改進，克服了僅考慮重力波譜的影響和KA近似帶來的誤差問題，得到了更加精確的海浪SAR回