机载步进频率SAR成像方法研究

论文摘要

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）通过合成孔径原理实现方位高分辨,通过宽带信号实现距离高分辨。超高分辨成像是SAR的发展趋势之一,而常规信号体制下的大发射信号带宽对A/D器件的性能提出了很高要求,极大地增加了硬件成本。步进频率SAR通过分时发射和接收步进频率信号合成大带宽信号,有效地降低A/D的瞬时采样频率,是超高分辨率SAR的一种理想信号波形。机载步进频率SAR在发射一组完整的步进频率脉冲串时间内,目标与雷达之间相对距离的变化不能忽略,即传统机载SAR“走-停-走”的假设不再成立,使得机载步进频率SAR信息处理的复杂程度大大增加,本文将从信号参数设计、成像算法和运动补偿三方面进行深入研究。在信号参数设计方面,研究了步进频率一维成像方法与模糊函数,通过模糊函数特性分析得出步进频率信号的等效带宽、距离分辨率及多普勒分辨率,在此基础上给出机载步进频率SAR系统参数设计的基本原则。在成像算法方面,首先建立机载步进频率SAR静止点目标回波模型,详细分析快时间多普勒效应（或误差）产生的根本原因,给出回波域快时间多普勒效应的补偿方法;然后针对回波域（或时域）快时间多普勒补偿因子空变性强、补偿效率低的缺点,提出了一种基于图像波数域的快时间多普勒补偿新算法,该方法能够将补偿运算量从O（N 3M）降低到O（N 2 log 2N）,在保持相同的补偿精度的同时大大提高了补偿效率。在运动补偿方面,首先在运动误差精确已知的情况下建立静止点目标回波模型,分析了不同类型运动误差对步进频率SAR成像的影响,推导出近似模型下的回波域相位误差补偿因子;然后针对相位误差补偿因子空变性强的特点,提出了基于测量数据的成像子网格划分运动补偿新算法,在保证补偿精度的同时大大提高补偿效率;最后研究了基于图像数据的相位梯度自聚焦（PGA）运动补偿算法,用以消除图像中存在的残留相位残差,仿真验证了PGA对步进频率SAR图像处理的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 步进频率合成孔径雷达概述
• 1.2 课题背景及国内外现状研究
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 机载步进频率SAR信号分析与参数设计
• 2.1 引言
• 2.2 步进频率信号一维成像研究
• 2.3 步进频率信号模糊函数分析
• 2.3.1 步进频率信号模糊函数
• 2.3.2 模糊函数特性分析
• 2.4 系统信号参数分析与设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 机载步进频率SAR成像研究
• 3.1 引言
• 3.2 机载步进频率SAR成像简介
• 3.3 机载步进频率SAR快时间多普勒效应分析
• 3.3.1 快时间多普勒效应分析
• 3.3.2 仿真实验分析
• 3.4 机载步进频率SAR快时间多普勒效应补偿
• 3.4.1 回波域补偿
• 3.4.2 波数域补偿
• 3.4.3 仿真实验分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 机载步进频率SAR运动补偿研究
• 4.1 引言
• 4.2 基于测量数据的机载步进频率SAR运动补偿研究
• 4.2.1 运动误差分析
• 4.2.2 成像子网格划分运动补偿方法研究
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 相位梯度自聚焦算法在SF-SAR中的应用
• 4.3.1 PGA原理与处理流程
• 4.3.2 PGA在步进频率SAR中的应用
• 4.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果