合成孔径雷达时域反投影成像运动误差补偿方法

摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种高分辨成像雷达。时域反投影成像算法是一种适合任何构型的SAR成像算法。算法假设雷达位于理想航迹上，然而运动误差的存在会导致图像散焦。研究出与时域反投影成像算法结合的运动补偿方法在实现精确成像中具备重要的意义。 本论文围绕时域反投影成像运动误差补偿的相关问题，主要展开了以下的研究工作： 1、建立了带有运动误差的SAR距离历史模型，导出了距离历史偏差与相位误差的定量关系式，并通过仿真验证运动误差对SAR成像结果的影响。 2、提出了结合后向投影成像(BP)的载机轨迹估计方法。结合BP成像算法，导出了图像质量评估函数和载机位置偏差的函数关系式；创建了评估图像质量优劣的优化模型从而估计出位置偏差并将其补偿。仿真验证所提方法的有效性。 3、提出了快速因式分解后向投影成像(FFBP)自聚焦方法。结合FFBP成像算法，建立了带有运动误差的FFBP成像模型；基于最大图像清晰度准则，创建相位误差优化模型；通过坐标下降等方法进行求解，估计出相位误差。仿真验证所提方法的有效性。 4、研究了基于硬件测量的FFBP运动补偿方法。通过雷达平台在运动中各时刻的高精度方位数据，研究将运动轨迹拟合成直线的运动补偿方法，实现了当存在一定轨迹误差时的FFBP成像。 以上所述的方法均通过仿真进行了验证。仿真结果表明，与BP成像算法结合的载机轨迹估计方法、与FFBP成像算法结合的自聚焦方法以及结合FFBP的轨迹拟合方法均能够很好的对运动误差进行校正并实现精确成像。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 国内外研究现状及发展态势

1.2.1 时域反投影成像方法

1.2.2 运动补偿方法

1.3 主要内容及结构安排

2.1 引言

2.2 SAR模型

2.3 SAR运动误差对成像的影响分析

2.3.1 SAR运动误差对距离历史的影响

2.3.2 SAR运动误差对多普勒参数的影响

2.3.3 SAR运动误差对二维频谱的影响

2.4 仿真结果及分析

2.4.1 线性误差

2.4.2 二次误差

2.4.3 正弦误差

2.4.4 随机误差

2.5 运动误差的约束条件分析

2.5.1沿航迹向运动误差

2.5.2 沿切航向运动误差

2.6 本章小结

第三章 后向投影成像的轨迹估计方法

3.1 引言

3.2 后向投影成像

3.3 结合BP成像的轨迹估计方法

后向投影成像(BP)是在假设雷达匀速直线运动的基础上实现的。然而载机在实际的物理飞行中，会存在运动误

3.3.1 运动误差下的BP成像

3.3.2 算法的具体实现

3.3.3 仿真实现

3.4本章小结

第四章 快速因式分解后向投影成像自聚焦方法

4.1引言

4.2 FFBP成像方法

4.2.1 FFBP具体实现

4.2.2 FFBP运算量分析

4.3 算法的基本理论

4.3.1 运动误差下的FFBP成像

4.3.2 优化模型的建立

4.3.3 算法的具体实现

4.3.4仿真实现

4.4.1 非均匀孔径下FFBP成像

4.4.2 基于硬件测量的运动误差补偿

4.4.3仿真实现

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2工作展望

致 谢