基于UWB雷达传感器的SAR成像应用研究

摘要

雷达图像分辨率决定目标信息的精准性。合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）通过天线移动形成宽波束，实现了雷达图像方位向的高分辨率。超宽带（Ultra Wide Band，UWB）雷达传感器因其信号具有超宽频谱特性，具有强穿透力和距离向高分辨成像的优势。因此，将SAR成像技术与UWB雷达传感器相结合的新型成像系统，可以实现对场景目标的高分辨成像，在环境侦查和空间监测等领域具有重要的研究价值。
　　本文以实现基于UWB雷达传感器的轨道SAR成像系统应用为主要研究内容，从系统设计、成像方法、成像实验3个关键问题展开，依据UWB雷达传感器在不同时刻不同地点的一维回波信号分别进行了二维SAR和三维SAR成像的应用基础研究工作，具体内容概括如下：
　　1、针对UWB SAR成像系统设计，分析了脉冲式UWB雷达传感器的基本结构，选取了基于轨道SAR的系统成像方案。比较了3种高斯型UWB脉冲信号的时频特性，并研究了准喇叭和平面UWB天线的基本结构和设计原则，确立了本文研究设备的选取依据。
　　2、针对UWB SAR成像方法，建立了基于UWB雷达传感器的SAR回波信号模型。对于回波信号不理想的情况，分析了3种成像预处理方法。研究了适用于轨道SAR成像系统下的UWB SAR成像算法，并基于实测成像系统参数实现了二维UWB SAR点目标仿真实验。
　　3、在半开放式微波实验室环境中，本文开展了基于UWB雷达传感器的轨道SAR成像系统实验方案。首次采用了一对改进的定向型UWB平面天线，通过实测数据验证了该平面天线有效减轻了回波信号中的耦合噪声。
　　4、在二维UWB SAR成像实验中，本文通过将时域相关算法（Time Domain Correlation，TDC）和距离多普勒（Range Doppler，RD）算法应用于UWB雷达传感器的实测信号，实现了对铝制易拉罐目标厘米级聚焦效果的UWB SAR图像。针对二维UWB SAR图像中的高度维失真问题，采用了后向投影（Back Projec-tion，BP）和RD算法，较好地实现了对角反射器和金属球目标的三维UWB SAR图像重构，有效验证了本文所研究的成像系统进行三维SAR成像的可行性。

目录

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缩略词表

第一章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外UWB SAR研究综述及现状

1.3 本文主要研究工作与内容安排

第二章 UWB SAR成像系统设计

2.1 UWB SAR系统工作原理

2.2 UWB脉冲信号模型

2.3 UWB天线

2.4 本章小结

第三章 UWB SAR成像方法和图像质量研究

3.1 UWB SAR成像原理

3.2 成像预处理

3.3 UWB SAR成像算法

3.4 SAR图像质量评估指标

3.5 本章小结

第四章 UWB SAR成像实验与结果分析

4.1 UWB轨道SAR成像系统

4.2 UWB SAR成像实验

4.3 二维UWB SAR实测成像结果

4.4 三维UWB SAR实测成像结果

4.5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果