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机载斜视及前视合成孔径雷达系统研究

作　者: 陈琦
导　师: 杨汝良
学　校: 中国科学院研究生院（电子学研究所）
专　业: 通信与信息系统
关键词: 合成孔径雷达(SAR) 斜视SAR 前视SAR 系统特性分析回波数据模拟 RD成像算法 CS成像算法非线性CS成像算法
分类号: TN958
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 606次
引　用: 6次
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内容摘要

机载斜视及前视合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是近年来SAR领域的研究热点。与正侧视SAR相比，斜视及前视SAR有诸多优势，主要表现在：斜视SAR波束指向灵活机动，提高了载机平台的安全性和隐蔽性；斜视SAR可对前方目标提前成像，对后方目标再次成像，能灵活的选择成像区域；前视SAR可对载机飞行路线正前方区域进行高分辨率成像等。论文对斜视及前视SAR的系统特性、回波数据模拟以及高分辨率成像算法进行了深入研究。主要研究内容和创新点有：(1)深入研究了斜视SAR的系统特性。从时域和频域角度分析了斜视SAR的二维耦合。研究了斜视SAR的距离徙动特点，分析了不同距离徙动情况下成像算法的选择。研究了斜视SAR的方位向频谱扩展，推导了斜视SAR有效方位带宽计算公式，得到了斜视SAR脉冲重复频率选择范围表达式。(2)研究了斜视SAR回波数据模拟，提出了一种斜视SAR场景目标回波数据模拟方法。建立了斜视SAR回波数据模拟几何模型，通过详细的数学建模分析和推导，得到了数据模拟所需的关键参数的计算公式。(3)深入研究了SAR成像算法，提出了大斜视SAR成像的RD算法、CS算法和非线性CS算法的三种改进算法。给出了改进算法的流程和实现步骤，推导了各相位补偿因子表达式，通过斜视SAR成像验证了三种改进算法的有效性。(4)研究了前视SAR系统特性。分析了前视SAR工作原理，建立了前视SAR成像几何模型和回波信号模型。分析了前视SAR方位特性，得到了前视SAR的多普勒频率、有效合成孔径长度、方位向分辨率表达式。深入分析了影响前视SAR方位向分辨率的因素。(5)研究了前视SAR成像算法，提出了一种适用于前视SAR成像的CS算法。给出了算法流程和实现步骤，进行了点阵目标成像。分析了点目标响应质量，与理论值进行了分析和对比，验证了前视SAR CS算法的有效性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-23
  1.1 引言  13-14
  1.2 SAR成像特点及应用  14-15
  1.3 合成孔径雷达发展历史  15-16
  1.4 国内机载SAR发展现状与趋势  16-18
  1.5 论文选题意义和作用  18-20
  1.6 论文主要内容和结构  20-21
  1.7 论文主要贡献和创新  21-23
第二章 SAR成像原理  23-34
  2.1 引言  23
  2.2 SAR常用工作模式  23-24
  2.3 二维分辨率  24-26
    2.3.1 距离向分辨率  24-25
    2.3.2 方位向分辨率  25-26
  2.4 聚焦与非聚焦处理  26-28
  2.5 从阵列天线角度理解合成孔径  28-30
    2.5.1 阵列天线  28-29
    2.5.2 合成孔径  29-30
  2.6 SAR的模糊问题  30-34
    2.6.1 距离模糊  31-32
    2.6.2 方位模糊  32-34
第三章斜视SAR 系统特性分析  34-51
  3.1 引言  34
  3.2 成像几何模型  34-35
  3.3 回波信号模型  35
  3.4 多普勒频率特性  35-36
  3.5 斜视SAR方位向分辨率  36-37
  3.6 斜视SAR回波信号二维耦合  37-40
    3.6.1 时域耦合分析  37-39
    3.6.2 频域耦合分析  39-40
  3.7 斜视SAR的距离徙动  40-46
    3.7.1 距离徙动和距离徙动差  40-43
    3.7.2 斜视SAR距离徙动特点  43-45
    3.7.3 距离徙动与成像算法  45-46
  3.8 斜视SAR方位向频谱  46-47
  3.9 斜视SAR的PRF选择  47-49
  3.10 本章小结  49-51
第四章机载斜视SAR回波数据模拟  51-70
  4.1 引言  51
  4.2 SAR成像目标分类  51-53
  4.3 SAR三维空间中的二维数据录取  53-55
  4.4 斜视SAR回波数据时域模拟  55-58
    4.4.1 时域模拟法  55
    4.4.2 时域模拟法主要步骤及关键参数计算  55-58
  4.5 点目标回波数据模拟  58-62
    4.5.1 回波数据录取过程分析  58-60
    4.5.2 点目标回波数据模拟步骤  60-61
    4.5.3 回波数据模拟结果  61-62
  4.6 点阵目标回波数据模拟  62-65
    4.6.1 点阵目标成像几何模型  62-63
    4.6.2 点阵目标回波数据模拟步骤  63-64
    4.6.3 回波数据模拟结果  64-65
  4.7 场景目标回波数据模拟  65-69
    4.7.1 点散射模型  65-66
    4.7.2 场景目标回波数据模拟步骤  66-67
    4.7.3 场景目标回波数据模拟结果  67-69
  4.8 本章小结  69-70
第五章斜视SAR成像算法  70-97
  5.1 引言  70-71
  5.2 斜视SAR成像的特殊性  71
  5.3 改进的距离—多普勒算法  71-80
    5.3.1 改进RD算法流程  72-73
    5.3.2 改进RD算法  73-77
    5.3.3 计算机仿真和比较  77-79
    5.3.4 斜视数据成像  79-80
  5.4 斜视SAR Chirp scaling算法  80-88
    5.4.1 Chirp Scaling算法步骤  81-84
    5.4.2 计算机仿真结果  84-85
    5.4.3 Chirp Scaling算法误差分析  85-87
    5.4.4 实际斜视场景数据成像  87-88
  5.5 斜视SAR非线性Chirp scaling算法  88-96
    5.5.1 非线性CS处理分析  88-90
    5.5.2 非线性CS算法步骤  90-94
    5.5.3 计算机仿真结果  94-95
    5.5.4 模拟斜视场景数据成像  95-96
  5.6 本章小结  96-97
第六章机载前视SAR系统特性分析  97-107
  6.1 引言  97-98
  6.2 机载前视SAR工作原理  98-100
  6.3 机载前视SAR回波信号模型  100
  6.4 前视SAR方位特性分析  100-106
    6.4.1 方位向频率特性  101
    6.4.2 有效合成孔径  101-102
    6.4.3 方位向分辨率  102-105
    6.4.4 方位等分辨率线  105-106
  6.5 本章小结  106-107
第七章机载前视SAR成像算法研究  107-114
  7.1 引言  107
  7.2 前视SAR回波信号模型  107-108
  7.3 前视SAR Chirp Scaling算法  108-111
  7.4 仿真结果及分析  111-113
  7.5 本章小结  113-114
结束语  114-116
参考文献  116-123
攻读博士学位期间发表的论文  123-124
致谢  124

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