基于实测数据的机载SAR成像及运动补偿研究

摘要

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动的遥感探测手段,具有全天时、全天候、远作用距离和高分辨率等优点。在一些复杂的观测环境中,SAR成像能获得比光学成像和红外成像更加良好的成像结果。SAR成像技术已成为目前雷达领域的研究热点,在军事和民用领域得到了广泛应用。
　　机载SAR,尤其是中低空无人机载平台,在飞行过程中受气流的影响比较大,实际飞行轨迹不再是理想成像所要求的匀速直线运动。本文在国家自然科学基金项目“基于大机动运动平台的地面特定目标多极化成像与检测”的支持下,结合实测数据的分析,重点研究了机载平台SAR高分辨率成像算法和基于数据的运动补偿方法。本文的具体内容安排如下:
　　首先介绍了SAR成像的基本原理和一些常用的SAR成像结果评价指标,然后介绍了SAR成像中常用的算法包括距离多普勒算法(RDA),线频调变标算法(CSA),并且分别给出了两种算法在正侧视和斜视情况下详细的理论推导和点目标仿真结果,为后续基于实测数据的机载SAR成像与运动补偿研究打下了理论基础。在分析正侧视SAR运动误差模型的基础上重点论述了基于数据的正侧视SAR运动补偿过程,包括多普勒中心估计、多普勒调频率估计、基于多普勒参数估计的运动参数估计,并结合估计结果对实测数据进行了垂直于航向和沿航向的运动补偿。接着,采用相位梯度自聚焦(PGA)算法,对两维运动补偿后的数据进行聚焦处理,得到了聚焦良好的SAR成像结果。考虑到在沿航向的运动补偿过程中,采用的是统一相位补偿的方式,这将会引入方位向几何形变问题,影响SAR图像的定标,为此提出了一种基于数据插值的方位向几何形变校正方法,最后,仿真数据和实测数据处理结果均验证了本文研究的机载SAR成像与运动补偿算法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 机载SAR发展概况

1.3 机载SAR成像算法及运动补偿概述

1.4 本文研究内容

第二章 SAR成像基础

2.1 SAR工作模式

2.2 SAR成像几何模型

2.3 脉冲压缩原理

2.4 成像效果评估指标

2.5 本章小结

第三章 SAR成像算法

3.1 距离多普勒算法

3.2 Chirp Scaling算法

3.3 本章小结

第四章 基于实测数据运动补偿方法

4.1 SAR运动误差模型分析

4.2 多普勒参数估计

4.3 垂直于航向运动补偿

4.4 沿航向运动补偿

4.5 相位梯度自聚焦算法(PGA)

4.6 本章小结

第五章 沿航向几何形变

5.1 沿航向几何形变的产生

5.2 沿航向几何形变的校正

5.3 本章小结

第六章 结束语

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间（合作）的研究成果