线阵及圆周SAR三维成像算法研究

摘要

三维合成孔径雷达成像技术能够获得场景的三维信息而具有广阔的发展前景。线阵SAR系统和圆周SAR系统是现今最受关注的两种新体制三维SAR成像系统。对于线阵SAR，其优点是具有很高的相位中心控制精度，而且可以进行下视成像，在地形测绘领域有着重要的作用；对于圆周SAR，其优点是具有高航迹向分辨率，并且可以获得观测目标全角度的散射信息，非常适用于军事侦查。本文主要对线阵及圆周SAR的三维成像算法进行了研究，具体研究内容如下：
　　1、线阵SAR和圆周SAR三维成像的基本原理。首先介绍了两种系统的回波模型，并对各自的三维分辨率进行了推导，重点针对圆周SAR部分孔径的情况，推导了其二维平面的分辨率公式。然后利用实测数据，分析了圆周SAR在实际应用中的三维成像能力，发现由于目标的散射特性随观测角度变化，导致其回波只能在部分孔径内相干积累，严重影响了二维平面的分辨率，为了提高圆周SAR的三维成像能力，需要采用多航过圆周SAR进行场景的三维成像，最后对多航过圆周SAR的三维分辨率进行了分析。
　　2、提出基于秩亏的稳健波束合成算法（Rank-Deficient RCB）的线阵SAR三维成像方法。针对线阵SAR切航迹向分辨率低的缺点，提出一种基于秩亏RCB的线阵SAR三维成像算法，该算法可以突破瑞利熵的约束，具有高分辨率和高旁瓣抑制能力的特点，并对算法进行了仿真验证，证明该算法可以有效地抑制旁瓣，提高成像分辨率，而且相比传统的RCB算法，该算法可以利用更大的子数据孔径，具有更高的分辨率。
　　3、圆周SAR三维成像算法研究及实测数据处理。首先针对两种经典的圆周SAR三维成像算法——极坐标波数域算法和后向投影算法，给出了两种算法对多航过圆周SAR实测数据的成像结果，并对结果进行了分析和比较，其中极坐标波数域算法是一种高效的成像算法，但是由于数据矩阵过大需要进行分段处理而影响了成像的质量；而BP算法是在时域进行相干积累，没有数据重构与存放过程，不需要分块处理，而且没有任何近似处理，所以具有更好的聚焦结果，但是其运算量较大。而且在分析中还发现，这两种算法的成像结果中都存在较多的高旁瓣，这是由于实测数据航过次数过于稀疏导致的，对成像质量造成了严重的影响。
　　4、提出一种将BP算法和压缩传感结合起来的三维成像算法。针对多航过圆周SAR实测数据航过稀疏而导致成像结果中出现较多的高旁瓣的问题，提出一种将BP算法和压缩传感算法结合起来的成像算法，其算法原理是：首先利用BP算法实现每一次航过数据的二维成像，再利用压缩传感算法进行高度向聚焦，来改善高度向的聚焦质量。最后将实测数据成像结果和传统的三维BP算法的结果进行比较，证明该算法可以有效地抑制旁瓣，得到超分辨的高度向成像结果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究概况及动态

1.3本文的结构安排

第二章 线阵及圆周SAR三维成像基本原理

2.1引言

2.2线阵SAR三维成像基本原理

2.3圆周SAR三维成像基本原理

2.4线阵SAR和圆周SAR优缺点分析

2.5本章小结

第三章 基于秩亏RCB的线阵SAR三维成像方法

3.1 引言

3.2 秩亏RCB算法的基本原理

3.3基于秩亏RCB的三维成像算法

3.4 仿真实验

3.5本章小结

第四章 圆周SAR三维成像算法研究及实测数据处理

4.1引言

4.2基于极坐标波数域的圆周SAR三维成像算法

4.3基于后向投影的圆周SAR三维算法

4.4实测数据成像

4.5 BP算法和压缩传感算法相结合的成像算法

4.6本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的成果