一站固定式低频双站SAR高分辨率成像处理技术研究

摘要

一站固定式低频双站合成孔径雷达(One-stationary Low Frequency Bistatic Synthetic Aperture Radar, OS LF BSAR）是指发射机（接收机）位于运动搭载平台，而接收机（发射机）位于固定搭载平台，并且工作于低频段（<1GHz）的雷达系统。该系统具有配置灵活、成本低廉、安全性高、穿透能力强、获取信息丰富等技术优势，具有广阔的应用前景，因此是目前的热点和前沿研究领域。本文具体涉及三种不同配置的BSAR系统：条带式OS LF BSAR、一站固定式低频双站圆迹SAR（One-stationary Low Frequency Bistatic Circular SAR，OS LF BCSAR）和一站固定式低频双站前视SAR（One-stationary Low Frequency Bistatic Forward-looking SAR，OS LF BFSAR）。本文结合工程实际应用，针对上述三种OS LF BSAR系统的高分辨率成像处理技术进行了深入研究，主要内容概括如下：
　　1.分析了OS LF BSAR系统特性，主要包括斜距历程空变性、回波信号耦合性和空间分辨率特性，为后续研究奠定了理论基础。结果表明，斜距历程具有距离向和方位向空变性，且随着信号中心频率的降低而增大；回波信号具有很强的耦合性，且随着信号中心频率的降低而增大；空间分辨率与信号中心频率和相对带宽、运动站积累角和侧视角等因素密切相关。
　　2．研究了OS LF BSAR快速回波信号仿真。（1）针对线性轨迹OS LF BSAR，提出了基于等效散射体和快速傅立叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）的快速回波信号仿真方法，该方法能快速产生高精度的OS LF BSAR回波信号。（2）针对非线性轨迹 OS LF BSAR，提出了基于等效散射体和非均匀 FFT（Nonuniform FFT，NUFFT）的快速回波信号仿真方法。该方法考虑了雷达运动误差，能有效实现高效高精度的OS LF BSAR回波信号仿真。
　　3．研究了OS LF BSAR快速时域成像处理。（1）针对线性轨迹OS LF BSAR，提出了基于椭圆极坐标的双站快速因式分解后向投影算法（Bistatic Fast Factorized Backprojection Algorithm，BFFBPA）。该方法在保持后向投影算法（Backprojection Algorithm，BPA）高精度的同时，能极大地提高成像效率。（2）针对非线性轨迹OS LF BSAR，提出了结合运动补偿的BFFBPA。该方法考虑了雷达运动误差，能有效实现高效高精度的OS LF BSAR成像处理。
　　4．研究了特殊构型OS LF BSAR快速时域成像处理。（1）针对OS LF BCSAR系统，改进基于椭圆极坐标的BFFBPA，提出了适用于OS LF BCSAR成像处理的BFFBPA，该方法能有效实现高效高精度的OS LF BCSAR成像处理。（2）针对OS LF BFSAR系统，改进基于极坐标的BFFBPA，提出了适用于OS LF BFSAR成像处理的BFFBPA，该方法能有效实现高效高精度的OS LF BFSAR成像处理。
　　本文利用大量的仿真数据开展了充分的实验验证，表明了理论分析的正确性和所提方法的有效性，因此本文的研究成果具有重要的理论意义和潜在的实用价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1.课题背景和意义

1.2. BSAR系统研究的发展

1.3. BSAR成像处理技术的发展

1.4. OS LF BSAR系统需解决的难题

1.5. 本文的研究内容及组织结构

第二章 OS LF BSAR系统特性

2.1.引言

2.2. OS LF BSAR回波信号模型

2.3. OS LF BSAR系统斜距历程分析

2.4. OS LF BSAR回波信号耦合性分析

2.5. OS LF BSAR空间分辨率分析

2.6. 本章小结

第三章 OS LF BSAR快速回波仿真研究

3.1. 引言

3.2. 理想情况下OS LF BSAR快速回波信号仿真方法

3.3. 非理想情况下OS LF BSAR快速回波信号仿真方法

3.4. 本章小结

第四章 OS LF BSAR快速时域成像处理

4.1. 引言

4.2. 基于椭圆极坐标的OS LF BSAR快速时域成像方法

4.3. 结合运动误差补偿的OS LF BSAR快速时域成像方法

4.4. 本章小结

第五章 特殊构型OS LF BSAR快速时域成像处理

5.1. 引言

5.2. OS LF BCSAR快速时域成像方法

5.3. OS LF BFSAR快速时域成像方法

5.4. 本章小结

第六章 结束语

6.1. 本文工作总结

6.2. 未来研究展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

附录A 英文缩写词对照表