基于HLA的星载SAR成像算法的仿真研究

论文摘要

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是近年来研究的热点,星载SAR分布式仿真系统的建立对星载SAR的研究有着重要的意义。基于高层体系架构(High Level Architecture,HLA)的分布式仿真系统,为星载SAR系统的仿真提供了合适的平台。SAR的回波信号在距离向和方位向存在耦合,这使其信号处理过程比较复杂。在星载情况下,大地表面的曲面特性和卫星飞行轨迹的曲线特性更是增加了星载SAR信号处理的复杂程度。为了接近真实情况,在星载SAR仿真系统中采用旋转椭球体地球模型和椭圆轨道卫星轨道,相比于球体地球模型和圆轨道卫星轨道,卫星到地面目标的瞬时斜距的计算变得十分复杂。本文研究了星载SAR的距离多普勒(Range Doppler,RD)成像算法,设计并实现了基于HLA的星载SAR分布式仿真系统中的算法处理联邦成员。主要的研究内容为:1.分析了星载SAR的成像模型以及成像处理的基本原理,详细研究了RD成像算法,在正侧视和条带式的情况下对其进行了Matlab仿真。2.建立了旋转椭球体地球模型和椭圆轨道卫星轨道模型,在此基础上详细阐述了星载SAR中瞬时斜距的求解方法。为了验证星载SAR的RD算法的成像效果,建立了成像场景坐标系,并生成了SAR回波信号。3.在基于HLA的星载SAR分布式仿真系统的框架下,设计了RD算法的联邦成员,根据算法流程将其划分成了不同的功能模块。4.将设计的RD算法联邦成员加载到仿真联邦中进行了仿真实验,结果表明该联邦成员可以正确成像。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 分布式仿真技术简介
• 1.2 合成孔径雷达及其仿真简介
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 论文的组织安排
• 第二章 合成孔径雷达成像原理及其算法
• 2.1 线性调频信号和脉冲压缩
• 2.1.1 线性调频信号
• 2.1.2 脉冲压缩
• 2.2 合成孔径的概念
• 2.2.1 星载SAR 几何关系
• 2.2.2 距离等式
• 2.2.3 SAR 距离向信号
• 2.2.4 距离徙动
• 2.2.5 SAR 方位向信号
• 2.2.6 合成孔径
• 2.3 星载SAR 成像处理
• 2.3.1 雷达原始数据
• 2.3.2 距离压缩
• 2.3.3 方位向傅里叶变换
• 2.3.4 距离徙动校正
• 2.3.5 方位压缩
• 2.4 本章小结
• 第三章 地球和卫星轨道模型
• 3.1 地球模型
• 3.2 卫星轨道模型
• 3.2.1 卫星的二体运动
• 3.2.2 坐标系的选择
• 3.2.3 坐标系的变换
• 3.2.4 卫星轨道参数
• 3.2.5 卫星的位置和速度
• 3.2.6 星载SAR 轨道的选择
• 3.3 星载SAR 方位向参数的计算及成像场景的确定
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于HLA 的星载SAR 仿真系统成像处理联邦成员的设计
• 4.1 星载SAR 的RD 算法软件设计思想
• 4.2 星载RD 算法成像处理联邦成员的设计
• 4.2.1 快速傅里叶变换的封装
• 4.2.2 参数计算的封装
• 4.2.3 距离压缩的封装
• 4.2.4 距离徙动校正的封装
• 4.2.5 方位压缩的封装
• 4.2.6 内存容器的封装
• 4.2.7 软件的异常处理设计
• 4.3 RD 算法成像处理联邦成员与星载SAR 仿真联邦的接口设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 星载SAR 分布式系统仿真实例与结果
• 5.1 星载SAR 分布式仿真系统介绍
• 5.2 仿真结果及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果