多通道合成孔徑雷達(dá)成像關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)作為成像雷達(dá)的主體，具有全天候、全天時、遠(yuǎn)距離、二維高分辨率以及寬場景成像等特點。它在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都具有極其重要的應(yīng)用價值，特別是在軍事偵察、環(huán)境勘察、資源勘察等應(yīng)用中更是扮演著重要的角色。其中，多通道合成孔徑雷達(dá)(Muti-ChannelSynthetic Aperture Radar，MC-SAR)因其在地面動目標(biāo)檢測、高分辨寬測繪帶（High-Reso

2、lution and Wide-Swath，HRWS）成像及抑制干擾等方面的顯著優(yōu)勢，得到了國內(nèi)外遙感領(lǐng)域和雷達(dá)成像領(lǐng)域?qū)＜业膹V泛關(guān)注，成為該領(lǐng)域研究的熱點之一。
　　為了獲得方位的高分辨，傳統(tǒng)的單通道合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)在滿足方位天線面積最小的同時還必須滿足高脈沖重復(fù)頻率(Pulse Repetition Frequency，PRF)要求。但設(shè)置有限高的PRF是為了獲得距離寬測繪帶而需要克服距離模糊的必要條件。此情形說明在單通道合成

3、孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中，高分辨和寬測繪帶是一對矛盾的性能指標(biāo)。多通道合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用可以很好地解決這個問題，它結(jié)合數(shù)字波束形成技術(shù)(Digital Beam-Forming，DBF)可以高效地實現(xiàn)高分辨寬測繪帶對地觀測。
　　本文以多通道SAR系統(tǒng)的成像中的幾個關(guān)鍵問題和難點為研究目標(biāo)，重點針對其中的斜視模式下成像算法以及高分辨寬測繪帶成像中引起的多普勒譜模糊問題進(jìn)行分析研究并提出了合適的解決方法和算法。
　　論文內(nèi)容可以概括

4、為如下幾個主要部分:
　　l、多通道高分辨寬測繪帶SAR成像中的多普勒中心估計
　　本文第三章對多通道高分辨寬測繪帶SAR成像中的多普勒中心估計方法進(jìn)行了研究。對于方位多通道SAR系統(tǒng)，由于每個通道回波的多普頻譜都存在模糊，已有的傳統(tǒng)多普勒中心估計算法對此情況已不再適用。本章提出一種基于最大似然數(shù)的多通道高分辨率寬測繪帶SAR系統(tǒng)多普勒中心估計算法，對工作在斜視模式下的方位多通道SAR系統(tǒng)成像處理中多普勒中心估計方法進(jìn)行研究

5、。首先，我們對相鄰?fù)ǖ乐g相關(guān)函數(shù)的相位進(jìn)行估計;接著，利用前一步估計所獲得的相位與距離頻率之間的關(guān)系，進(jìn)一步估計出一個系數(shù)矩陣，該矩陣包括通道位置信息和多普勒中心信息;然后，利用上一步估計得到系數(shù)矩陣將多普勒中心提取出來;最后，通過仿真實驗結(jié)果驗證了該算法的可行性和有效性。
　　2、斜視模式下MC-SAR成像的多普勒域走動校正技術(shù)
　　本文第四章對斜視模式下MC-SAR系統(tǒng)的回波模型及成像原理進(jìn)行了研究，并提出了一種考慮隨

6、距離空變性的成像方法。在斜視情況下，雷達(dá)回波信號的多普勒中心并不為零，因此將會帶來多普勒中心模糊，特別在有些特別情況下將帶來方位多普勒譜斷裂。為了解決這種情況可以可以先沿方位向上來進(jìn)行多普勒頻移，接然后再把回波信號變換到二維頻域后再進(jìn)行二維頻域的匹配濾波處理。在斜視情況下，由于因為頻譜的傾斜而導(dǎo)致需要處理的數(shù)據(jù)量變大，所以算法選擇在方位多普勒域上進(jìn)行走動校正。這樣不僅可以對頻譜沿距離的傾斜進(jìn)行校正，并且降低了所需要處理的數(shù)據(jù)量。對于不在

7、同一個距離上的不同點目標(biāo)，它們的兩維頻譜存在高次相位的誤差，距離誤差越大相位誤差也越大。利用線性調(diào)頻變標(biāo)（chirp-scaling）算法可以有效地解決這種沿距離上存在彎曲差的問題。
　　本章所提算法先在兩維頻域進(jìn)行走動校正和二次預(yù)濾波;然后把數(shù)據(jù)變換到距離多普勒域;接著進(jìn)行線性變標(biāo)處理，把沿距離向上不同的彎曲量變成統(tǒng)一的彎曲量;最后進(jìn)行距離脈壓和方位脈壓獲到聚焦好的SAR圖像。仿真實驗證明了該算法的可行性和有效性。
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8、、多通道高分辨寬測繪帶SAR方位信號重建技術(shù)
　　本文第五章對方位信號重建技術(shù)及重建過程中的誤差問題進(jìn)行了研究，并提出了一種基于局部多項式傅里葉變換(LPFT)的合成孔徑雷達(dá)方位信號重建算法。
　　在混合基線情況下，斜視模式的多通道合成孔徑雷達(dá)高分辨率寬測繪帶成像研究是比較復(fù)雜的。由于混合基線和地形起伏，方位信號重建問題是這種情形下成像的一個關(guān)鍵問題。為了解決這一問題，本章提出了一種充分考慮場景地形高程因素影響的新型方位信號

9、重建方法。首先，在方位時域進(jìn)行線性距離單元徙動校正(RCMC)和相位補償預(yù)處理;接著，根據(jù)方位向回波信號的特點，利用局部多項式傅立葉變換(LPFT)獲得一個粗聚焦的SAR圖像;然后，基于聯(lián)合像素矢量和魯棒波束形成(RCB)技術(shù)，提出一種用于進(jìn)行LPFT頻域多普勒模糊方位信號重建的多普勒模糊抑制方法。該方法利用成像場景數(shù)字高程模型(DEM)消除了其中因為混合基線和地形起伏而造成的影響。最后，利用現(xiàn)有的斜視模式HRWSMC-SAR成像算法對