基于成像的SAR原始数据压缩算法研究

摘要

合成孔径雷达是自上世纪五十年代逐步发展起来的一种雷达成像技术,其高分辨率的成像能力,全天时、全天候的工作模式,多波段、多极化的发展趋势,促使其在民用、军用领域得到了广泛应用,极大方便了人们的生产生活,有利于国防建设,具有广阔的发展前景。目前,由于人们对信息的需求程度越来越高,SAR需要采集的回波数据日趋庞大,而现今有限的下传链路物理带宽严重影响了数据面向地面成像装备高效、及时的传输。介于此,SAR原始数据压缩技术应运而生。
　　 本文从数据压缩的基本原理入手,在这一部分重点介绍用于熵压缩的量化理论以及用于评价压缩能力的性能指标。随后,讨论了SAR成像的基本原理,并分析验证了SAR原始数据的统计特性。基于SAR.数据的统计特性,完成了三种典型的SAR原始数据压缩算法的原理阐述和仿真,并逐一进行了对比实验和分析。
　　 现有SAR原始数据压缩算法主要分为标量量化、矢量量化和基于变换域的量化。本文选取的三种典型算法,即基于时域和标量量化的块自适应量化算法(BAQ)和幅度-相位算法(AP),以及基于变换域的FFT-BAQ算法。其中,BAQ算法是最基本的压缩算法,其分别针对数据的实、虚部做量化,运算简单,易于硬件实现。AP算法可以认为是BAQ算法的延伸,是特别针对保护数据的相位信息的压缩算法。在同比压缩下,实验结果表明,AP算法的相位保留程度大大优于BAQ算法,非常有利于后期成像处理。FFT-BAQ算法实际上是两个BAQ量化器和一个变换操作的组合,其利用数据经某种变换后表现出的能量更为集中的特点,对数据的高能量区执行多比特量化,低能量区执行少比特量化或零量化,通过变比特编码从而实现更好的保留数据原貌的功能。在同压缩比下,FFT-BAQ算法的信噪比明显高于BAQ算法,且成像结果更为清晰。

目录

文摘

英文文摘

第一章 合成孔径雷达概述

1.1 导论

1.2 国内外进展

1.2.1 合成孔径技术的发展

1.2.2 数据压缩技术的发展

1.3 本文内容安排

第二章 数据压缩基本原理

2.1 信息论基础

2.1.1 数据压缩的必要性

2.1.2 信息论简介

2.1.3 熵的概念、信道容量和率失真理论

2.2 数据压缩常用方法

2.2.1 无损压缩-冗余度压缩

2.2.2 有损压缩-熵压缩

2.2.3 量化理论

2.3 数据压缩的性能指标

2.3.1 压缩能力

2.3.2 压缩质量

第三章 合成孔径雷达成像原理与原始数据分析

3.1 SAR系统和成像原理简介

3.1.1 SAR系统

3.1.2 成像原理

3.2 SAR原始数据特性分析

第四章 SAR原始数据压缩

4.1 块自适应量化压缩算法-BAQ

4.1.1 BAQ算法原理

4.1.2 SAR原始数据压缩算法评价指标

4.1.3 BAQ算法实验结果与分析

4.2 幅度-相位算法-AP

4.2.1 AP算法原理

4.2.2 AP算法实验结果与分析

4.3 变换域压缩算法FFT-BAQ

4.3.1 FFT-BAQ算法原理

4.3.2 FFT-BAQ算法实验结果与分析

4.3.3 算法复杂度

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

在读期间研究成果