机载SAR成像中多普勒参数计算方法的研究

摘要

对于机载SAR来说，在获取到质量较好的回波数据和载机平台的GPS定位和IMU（惯导系统）数据之后，无论是InSAR干涉测量或是用SAR影像制图都必须先对回波数据进行聚焦成像。
　　为了进行雷达影像的地形、地物解译，要求雷达影像成像聚焦的辐射像差小，影像边界清晰，能够准确判读。而在SAR电磁波聚焦成像过程中，准确估计多普勒参数，严密的改正距离徙动和进行运动补偿，才能聚焦达到较高的质量，SAR高质量的聚焦成像对生产高精度的DEM数据和正射影像以及提高生产效率都十分重要。由于机载SAR在获取回波数据时，通常不容易达到雷达成像要求的“匀速、等高、沿设计航线、正侧视”等理想飞行条件。在此情况下，准确估计多普勒参数显得尤为重要。机载SAR聚焦成像有三个主要方面：
　　（1）多普勒参数的计算：多普勒中心频率和多普勒调频率是SAR聚焦成像中构造参考函数的重要参数。
　　（2）距离徙动改正和运动补偿：只有精确进行这两项改正，精确的距离向和方位向匹配滤波才能实现。
　　（3）方位向和距离向匹配滤波：不同算法对匹配滤波的精度、计算效率有显著影响。
　　本文仅针对多普勒参数估计做下面几方面的工作：
　　首先，推导严密的几何模型计算公式，在此基础上进行实验研究。主要是利用中国测绘科学研究院机载SAR获取的原始回波数据和载机POS数据，来验证模型的准确性。此外就是利用地面控制点坐标和载机POS数据验证模型法。
　　其次，“杂波锁定”计算多普勒中心频率。SAR在方位向高时间带宽积的条件下，将多普勒频率与沿运动轨迹的位置锁定在一起。“自聚焦”计算多普勒调频率。方位向子孔径相关“自聚焦”基于方位时间或位置与多普勒频率之间的“锁定”关系。
　　再次，对多普勒参数进行全局估计。包括空间变化检测、质量控制、几何模型、全局拟合。
　　最后进行多普勒参数的整体平差。通过几何模型计算的多普勒参数和通过回波数据计算的多普勒参数进行平差。
　　本文对多普勒参数的研究提出的几何模型方法和全局估计方法，主要解决了如何利用载机POS数据来精确计算多普勒参数的问题，此参数数据可用于提高成像几何精度和图像质量。

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1 绪论

1.1合成孔径雷达发展与应用

1.2机载SAR成像和处理技术

1.3本文主要研究内容

2 POS系统及其应用

2.1 POS系统及其工作原理

2.2 POS数据的处理和质量评价

3多普勒参数的计算方法

3.1 SAR成像的多普勒参数

3.2 几何模型法计算多普勒参数

3.3根据回波数据计算多普勒参数

3.4多普勒参数的全局估计

4聚焦成像的距离徙动改正

4.1距离徙动改正和聚焦成像

4.2距离徙动原理的数学分析

5试验工作和分析

5.1实验工作的组织

5.2几何模型计算多普勒参数

5.3回波数据估计多普勒参数实验

5.4最小二乘法全局估计试验

6结论与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果