星機雙基地SAR成像機理與算法研究.pdf

1、與單基地SAR相比，雙基地SAR可以獲取目標的豐富信息，提高系統的抗摧毀性，抗隱身性等優(yōu)點。在地形測繪、戰(zhàn)場監(jiān)視、地面運動目標偵查等領域具有廣闊的應用前景。雙基地SAR的收發(fā)裝置位于不同的載體上；例如，飛機、衛(wèi)星以及固定的高塔。星載-機載混合BiSAR(SA-BiSAR)是由衛(wèi)星作為發(fā)射機，飛機作為接收機所組成的系統。 衛(wèi)星按照用途可分為通信、氣象、偵察、導航、測地、地球資源和多用途衛(wèi)星等。與導航衛(wèi)星相比，由合成孔徑雷達衛(wèi)星組成

2、的SA-BiSAR系統具有以下的優(yōu)點：信號處理過程相對簡單、易于實現、可獲得高分辨率圖像。雖然，其應用領域和使用范圍受到衛(wèi)星過境時間和照射區(qū)域的限制。但是，SA-BiSAR利用現有的衛(wèi)星資源(本國的或者國外的)；可實現低成本、高可靠性、高穩(wěn)定性的高分辨率成像。 由于衛(wèi)星和飛機在速度上存在著巨大的差異；與機載/星載BiSAR相比，SA-BiSAR的距離歷程呈現出不同的特點，導致了SA-BiSAR具有明顯的二維移變特性(距離向和方位

3、向)。因此，對于SA-BiSAR系統而言，在成像機理、運動誤差分析、成像算法以及運動補償等方面還需要進一步的研究。本文的主要研究內容和創(chuàng)新點為： 1．在成像機理與回波信號模擬方面，提出了用收發(fā)平臺運動軌跡在地面投影的方法來表征雙基地幾何的差異程度；在此基礎上，推導出了BiSAR技術指標(基線距離、雙基地角和距離/方位分辨率)與雙基地幾何之間的解析表達式。在考慮地球自轉的情況下，提出了用坐標變換的方法，解決了近地空間與外太空之間距

4、離的計算問題；實現了任意幾何模型下更為精確的SA-BiSAR回波模擬。同時，利用此方法，也可獲得直達波信號。 2．在方位向移變特性與多普勒特性方面，研究了平飛非等速BiSAR方位向移變的問題，運用Taylor多項式展開的分析方法，推導出了方位向移變量的解析表達式，仿真結果與理論分析相吻合。同時，研究了SA-BiSAR多普勒特性。提出了用矢量法來計算多普勒中心頻率和多普勒調頻率的方法；通過分析收發(fā)平臺波束的運動軌跡，推導出了合成孔

5、徑時間和方位向分辨率的計算公式。文中給出相應的仿真并對結果進行了分析。 3．在BiSAR成像算法方面，當雙基地幾何為非平飛模式情況下，研究了BP成像算法的聚焦效果；當雙基地幾何為平飛模式，提出了一種適合于SA-BiSAR改進的RD成像算法；在PPS參數估計方面，然后運用其它成像算法來獲得圖像。本文提出了用HAF方法來確定初始值，并且用NM單純形算法作為搜索方法的極大似然參數估計方法。在較低SNR的情況下，改進了算法的估計性能。

6、 4．在運動誤差分析與補償方面，提出了可以同時描述速度誤差和姿態(tài)誤差的幾何模型。在此基礎上，推導出了距離誤差方程的表達式；歸納出了三種誤差類型并且分析了各類誤差的來源及其特點。同時，利用仿真的回波數據，進行成像處理后，表明了誤差分析結果的正確性。 5．在相位噪聲對SA-BiSAR成像的影響方面，研究了機載SAR在靜態(tài)條件和振動條件下相位噪聲的變化情況。基于兩個獨立非同分布的振蕩器模型，推導了振蕩器的單邊帶譜密度和SA-Bi