基于双调频斜率波形的MIMO-SAR成像

摘要

多输入多输出(Multi-Input Multi-Output, MIMO)雷达作为一种新体制雷达技术,已受到国内外科研工作者的广泛关注。由于其综合利用阵列与分集技术,引入了远多于传统合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)的等效观测通道和处理信号的自由度,可以有效解决传统SAR中高分辨率和宽测绘带之间的矛盾。然而,由于MIMO雷达多收发阵列的结构特点,传统的雷达成像算法不能被直接利用,同时发射波形彼此之间的相互干扰、MIMO雷达平台的等效相位中心误差、雷达的布阵方式都会对MIMO-SAR成像带来巨大的影响。
　　针对这些问题,本文从MIMO-SAR的工作原理出发,分别对MIMO雷达的波形优化、波形加窗处理、MIMO的等效相位中心误差和多输入多输出的雷达阵列布阵方法等展开了深入的研究。同时根据发射波形的特点,对成像算法进行改进,并最终实现MIMO-SAR的高分辨率和宽测绘带成像。论文的主要工作包括:
　　1.从MIMO雷达发射波形的正交性、多普勒敏感性等方面综合考虑,引入了一种双调频斜率波形的信号模型,并重点分析了该信号的互相关性、自相关性,以及多普勒特性。为提高该信号的脉冲压缩性能,对波形进行加窗优化设计。
　　2.通过分析等效相位中心误差对MIMO雷达成像的影响,构建了等效相位中心的误差模型,并给出了相应的补偿方法。同时根据MIMO雷达多发多收阵列形式,对MIMO-SAR的收发阵列进行了优化配置。
　　3.针对双调频斜率波形( Double Frequency Slope, DFS)波形的模型,对MIMO-SAR回波进行建模。重点分析了回波在距离多普勒域的特点,并推导了距离向的脉冲压缩函数和相位补偿函数,提出了一种基于双调频斜率波形在MIMO-SAR中的成像方案,并通过与正交频分复用线性调频信号的成像性能对比,突出了DFS波形在MIMO-SAR中的优势。
　　4.针对远距离,宽场景和高分辨率下存在的距离徙动问题,提出了一种基于DFS波形的频率域校正距离弯曲的成像方法,并通过真实宽场景下的成像,验证了MIMO-SAR在解决高分辨率和宽测绘带之间矛盾的有效性。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 MIMO雷达国内外现状

1.3 MIMO-SAR国内外研究现状

1.4论文结构

第二章 双调频斜率波形的性能分析及加窗处理

2.1 引言

2.2 DFS模型的建立

2.3 DFS波形性能分析

2.4 DFS波形的加窗处理

2.5 波形加窗后成像性能分析

2.6 本章小结

第三章 MIMO-SAR等效相位中心误差补偿与线性阵列配置

3.1 引言

3.2 等效相位中心误差

3.3 等效相位中心误差补偿

3.4 线性阵列配置

3.5 本章小结

第四章 基于DFS的MIMO-SAR成像算法设计

4.1 引言

4.2 分辨率与测绘带的限制关系

4.3 基于OFDM-LFM的MIMO-SAR成像

4.4 基于DFS的MIMO-SAR成像

4.5 仿真实验

4.6 本章小结

第五章 基于DFS的距离徙动校正MIMO-SAR成像

5.1 引言

5.2 基于DFS的距离徙动校正成像算法

5.3 仿真实验

5.4 本章小结

第六章 总结和展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果