聚束模式SAR成像算法研究及方位模糊度分析

摘要

聚束模式SAR是近些年来出现的一种特殊的雷达工作模式，受到人们越来越多的关注。它通过控制雷达天线波束指向，使其对目标区域连续照射来获得较长的合成孔径时间，从而可以获取一小块区域内普通条带模式无法达到的高分辨率微波遥感图像。 在星载聚束SAR模式下，方位向的带宽通常高于脉冲重复频率(PRF),这会引起严重的频谱混叠现象，使得传统的条带模式成像处理方法无法直接处理聚束模式SAR回波数据。近些年来出现的“两步式”算法是首先对原始数据方位向进行具有固定多普勒调频率的Deramping操作，消除了方位频谱混叠现象，保留了回波信号的空变特性并实现了方位向粗聚焦，然后再应用条带模式成像算法进行后续处理并实现精确聚焦。本文对“两步式”算法进行了进一步的探讨，基于不同SAR模型，在Deramping操作之后对传统的条带模式处理方法(CS算法)进行了必要的改动并应用到成像处理中，成功地实现了图像精确聚焦。 由于聚束模式SAR和条带模式SAR在工作模式上存在着本质的区别，两者的方位模糊度的计算方法也有所不同。本文通过分析方位模糊度的来源及聚束工作模式下回波信号的特点，定义了聚束模式SAR的方位模糊度函数。 在聚束模式SAR系统设计中，脉冲重复频率(PRF)的选择至关重要。本文在论述聚束模式SAR系统设计中PRF的限制条件的基础上进一步指出，根据其方位模糊度函数仿真曲线，脉冲重复频率(PRF)的选择可以进行进一步的优化，这一研究在实际工作中无疑具有重要意义。

目录

文摘

英文文摘

研究成果声明和关于学位论文使用权的说明

第一章绪论

1.1合成孔径雷达发展概况

1.2合成孔径雷达主要工作模式

1.3合成孔径雷达的发展趋势

1.3.1高分辨率

1.3.2多极化

1.3.3多波段

1.3.4多模式

1.4聚束模式SAR研究历史及现状

1.4.1国外机载聚束模式SAR发展概述

1.4.2国外星载聚束模式合成孔径雷达系统

1.4.3国内聚束模式SAR工作的开展

1.5论文研究的意义及主要内容

1.5.1论文研究的意义及创新点

1.5.2论文主要内容

第二章合成孔径雷达基本原理

2.1合成孔径雷达工作原理

2.2 SAR回波信号模型

2.3 SAR的分辨率

2.3.1距离向分辨率[6]

2.3.2方位向分辨率

2.4 SAR成像处理算法

2.4.1 RD算法

2.4.2 CS算法[8]

第三章聚束模式合成孔径雷达

3.1聚束模式工作原理

3.2分辨率

3.2.1距离向分辨率

3.2.2方位向分辨率

3.3聚束模式SAR主要特点[6]

3.3.1二维MTRC现象

3.3.2随时间变化的多普勒中心频率

3.3.3空间变化的相位历程

3.3.4距离向和方位向的耦合

3.4聚束模式SAR成像处理方法

3.4.1极坐标格式算法(PFA)

3.4.2波数域算法(ω-k算法)

3.4.3变换调频信号比例尺算法(CSA)

3.4.4扩展CS算法(ECS)

3.4.5频率扫描算法(FSA)

3.4.6“两步式”算法

第四章星载聚束模式SAR“两步式”成像算法的进一步探讨

4.1“两步式”成像算法基本原理

4.2预滤波+Chirp Scaling成像算法推导：正侧视模型

4.2.1预滤波原理分析

4.2.2离散域分析

4.2.3 Chirp Scaling聚焦处理

4.2.4算法流程图

4.3预滤波+Chirp Scaling成像算法推导：斜视等效模型

4.3.1原理分析

4.3.2离散域分析

4.3.3 Chirp Scaling聚焦处理

4.3.4算法流程图

4.4方位向补零对图像处理的影响

4.5仿真分析

4.5.1点目标仿真

4.5.2距离向三点仿真

4.5.3多点仿真结果

4.6小结

第五章聚束模式SAR方位模糊度分析

5.1合成孔径雷达模糊噪声

5.1.1距离模糊

5.1.2方位模糊

5.2条带模式SAR方位模糊度计算

53聚束模式SAR方位模糊度计算

5.4小结

第六章聚束模式SAR系统有关参数设计探讨

6.1信号带宽

6.2方位向波束可控设计

6.3脉冲重复频率的设计约束

6.4利用方位模糊度曲线优化聚束模式SAR脉冲重复频率选取

6.5小结

第七章结论

参考文献

攻读硕士学位期间完成的论文

致谢