机载大斜视SAR成像方法研究

摘要

机载大斜视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)拥有提前探测载机斜前视区域目标的能力，与正侧视SAR相比，灵活性和探测范围均大大增强。机载大斜视SAR回波徙动较大，导致距离方位耦合严重，并且具有强的空变性。此外，平台的非理想运动将会导致回波存在徙动误差与空变相位误差，严重影响图像质量。因此，为了实现对载机斜前视区域的高分辨成像，研究机载大斜视SAR成像方法具有十分重要的意义和价值。 本论文围绕机载大斜视SAR成像方法所涉及的关键问题，进行了理论研究与仿真实验，主要内容如下： 1.建立了机载大斜视SAR回波与运动误差模型，分析了大斜视SAR距离徙动特性与多普勒特性，研究了徙动误差和多普勒相位误差的空变特性，分析了运动误差对回波特性、频谱和成像效果的影响。 2.针对大斜视SAR空变距离徙动与高阶误差的问题，研究了高精度距离徙动校正方法，通过空变距离走动校正、高阶项搬直与未知误差补偿三步，实现了大斜视SAR距离徙动的精确校正。 3.提出了一种基于相位中心锁定的大斜视SAR多普勒质心估计方法，通过对多普勒相位中心进行粗精两阶段追踪锁定，实现了对机载大斜视SAR多普勒质心的快速精确估计。 4.针对大斜视SAR多普勒参数非线性空变且未知的问题，提出了基于最优非线性CS的大斜视SAR成像方法，通过方位非线性CS处理与非线性CS变标系数最优估计，实现了在运动误差条件下机载大斜视SAR的高分辨成像。 以上所有研究内容都通过仿真实验进行了验证，结果表明，上述方法有效解决了机载大斜视SAR高分辨成像中的关键问题。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 大斜视SAR成像算法

1.2.2 机载SAR运动补偿方法

1.3 主要内容与结构安排

第二章 机载大斜视SAR回波与运动误差建模

2.1 机载大斜视SAR回波建模

2.1.1 几何模型

2.1.2 时域回波模型

2.1.3 频域回波模型

2.1.4 距离徙动特性

2.1.5 多普勒特性

2.2 机载大斜视SAR运动误差建模

2.2.1 运动误差几何模型

2.2.2 运动误差对回波模型的影响

2.2.3 运动误差对回波特性的影响

2.2.4 运动误差对频谱和成像结果的影响

2.3 本章小结

第三章 机载大斜视SAR徙动校正与多普勒质心估计方法

3.1 大斜视SAR高精度距离徙动校正方法

3.1.1 空变距离走动校正与徙动误差一阶项补偿

3.1.2 距离徙动高阶项校正

3.1.3 距离徙动误差高阶项补偿

3.1.4 仿真验证与分析

3.2 基于相位中心锁定的多普勒质心估计方法

3.2.1 多普勒质心估计

3.2.2 算法原理与实现

3.2.3 仿真验证与分析

3.3 本章小结

第四章 基于最优非线性CS的大斜视SAR成像方法

4.1多普勒参数空变性分析

4.1.1 信号模型

4.1.2 成像预处理

4.1.3 多普勒参数空变性分析

4.2 多普勒参数均衡

4.2.1 多普勒参数方位拟合

4.2.2多普勒参数方位均衡

4.3 非线性CS变标系数最优估计

4.3.1 运动误差对变标系数的影响

4.3.2 变标系数最优估计

4.3.3 优化模型求解

4.4 仿真验证与分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果