分布式星载SAR回波模拟器设计与实现

摘要

分布式星载合成孔径雷达(DS-SAR)是一种将卫星编队技术和星载SAR技术结合的新型SAR系统。相比传统的星载SAR系统，分布式星载SAR能获得高分辨率宽测绘带的地形图像，有低成本、小型化、多模式成像的特点并具有高程测量和动目标检测的能力，近年来受到国内外的广泛重视。作为一种新体制SAR，在关键技术上，一是要解决卫星编队带来的信号分离的问题，必须采用一组有良好正交特性的发射信号集；另一点是随着系统的复杂性不断增加，传统的全数字模拟方法已经无法应对海量数据的模拟验证工作，急需一种高效的方法来对分布式星载SAR系统进行验证测试。
　　为解决上述问题，本文围绕分布式星载SAR回波模拟器研究与实现，从分布式星载SAR的正交波形设计、分布式星载SAR回波信号模型及其高效快速回波仿真算法、多通道回波模拟器设计等几个方面来开展研究。本论文的主要贡献和创新点如下：
　　1．对线性调频信号(LFM)的斜率进行分段调制，和利用频分复用(FDM)原理对LFM信号的进行调制，分别提出了双调频斜率（DFMS）和FDM-LFM信号波形，分析了自相关等在内的波形参数的性能，设计出了适用于分布式星载SAR的同时具备正交性和多普勒容忍性的发射信号波形。
　　2．研究了星载SAR的轨道特征，并针对短基线的分布式星载SAR，提出了基于多项式展开和距离补偿的等效斜距模型，解决了双根号斜距带来的二维频谱变换困难的问题，建立了分布式星载SAR的回波信号模型，并给出了适于硬件加速实现的回波信号高精度快速仿真算法，相比PC能提升大约100倍的仿真效率。
　　3．分析了回波模拟器的研制难点和总体指标，对系统资源进行了定量评估，并以算法的实现流程为基础，详细叙述了各功能模块的硬件实现过程，实现了以FPGA为核心，PC机为辅助的多通道SAR回波模拟器，能模拟生成三颗卫星回波。
　　4．对模拟生成的回波信号，分别从成像质量和时效性等多方面进行定量分析，验证了数据传输，点目标和场景回波，中频信号及用时等多项量化指标。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景和意义

1.2 分布式星载SAR国内外研究进展

1.3论文内容及体系结构

第二章 分布式星载SAR正交波形设计

2.1 分布式星载SAR收发信号模型

2.2 正交波形设计准则

2.3 DFMS波形设计及性能分析

2.4 FDM-LFM波形设计及性能分析

2.5 DFMS与FDM-LFM波形性能对比

2.6 本章小节

第三章 分布式星载SAR回波信号仿真

3.1 星载SAR与目标距离的计算

3.2双基SAR斜距模型

3.3分布式星载SAR回波模型

3.4回波信号高精度快速仿真算法

3.5 本章小节

第四章 多通道回波信号模拟器的设计与实现

4.1回波模拟器的研制难点与指标要求

4.2回波模拟器的设计与实现

4.3硬件模块实现

4.4 本章小节

第五章 分布式星载SAR回波仿真与验证

5.1半实物仿真系统

5.2测试方案

5.3测试结果

5.4 本章小节

第六章 总结和展望

6.1全文总结

6.2对未来工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果