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合成孔径雷达的成像系统仿真与相干斑噪声特性研究

作　者: 卞云康
导　师: 肖亮
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 合成孔径雷达距离多普勒地物模型成像仿真乘性噪声
分类号: TN955
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

合成孔径雷达(SAR)成像是目前成像探测和遥感观测的重要手段,具有广泛的军事和民用前景。如何对SAR成像过程进行模拟与系统仿真是揭示系统成像机理、验证成像算法、设计新的成像算法的有效途径。论文研究课题来源于国家863高新技术发展项目。论文在较系统的介绍合成孔径雷达的回波成像原理、地形与几何目标成像影响,SAR图像噪声特性的基础上,完成了SAR成像过程中的回波信号成像仿真,用面向对象的分析和设计方法完成了特定地面场景的成像仿真系统。本文工作主要归纳为:(1)研究了合成孔径雷达的回波成像原理和多普勒成像算法,结合回波数据的特点,实现了距离多普勒(RD)算法的Matlab程序,并在此基础上验证了RD成像过程。(2)通过建立目标仿真模型和三维地形模型,对SAR在成像过程中可能出现的阴影、叠掩、透视收缩等地形目标几何畸变特性进行了数学建模与仿真,并基于Creator和Vega视景仿真软件进行二次开发了相应的仿真模块,给出了仿真结果。(3)基于SAR图像噪声的统计特性,对SAR幅值图像中存在的相干斑噪声进行统计建模与数据分析。通过极大似然估计建立SAR图像相干斑噪声的参数估计模型,并进行直方图的拟合,证实了乘性噪声比加性噪声更加合理,并实验验证了噪声的分布规律。(4)结合建立的SAR地物模型,给出了复杂场景的SAR成像仿真体系结构与实施方案。该方案不仅考虑了SAR成像过程中特有时空关系和各种参数对成像的影响,而且考虑了SAR在成像过程中地形目标几何畸变特性。最后结合Creator建模地面物体以及Vega的RadarWork模块,利用VC++编程语言开发了SAR成像仿真软件,实现了对地面场景实时成像的仿真。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 合成孔径雷达的概述  8-10
    1.1.1 合成孔径雷达的发展  8
    1.1.2 合成孔径雷达的特点及分类  8-9
    1.1.3 合成孔径雷达的应用  9-10
  1.2 SAR成像仿真国内外研究现状  10-12
  1.3 本文的主要工作  12-13
2 SAR成像基本原理与距离多普勒算法仿真  13-33
  2.1 SAR的成像基础概念  13-17
    2.1.1 合成孔径雷达的方位向和距离向  13-14
    2.1.2 合成孔径雷达的信号接收方式  14
    2.1.3 合成孔径雷达目标的后向散射系数  14
    2.1.4 合成孔径雷达成像  14-17
  2.2 SAR的回波信号特征及理论模型  17-21
    2.2.1 SAR的回波信号特征  17-18
    2.2.2 SAR的理论模型  18-21
  2.3 合成孔径雷达距离向的高分辨率成像机理  21-22
    2.3.1 线性调频信号的压缩  21-22
    2.3.2 距离向分辨率  22
  2.4 方位向脉冲压缩处理及方位向分辨率  22-24
    2.4.1 方位向脉冲压缩处理  22-23
    2.4.2 方位向分辨率  23-24
  2.5 距离多普勒成像算法和仿真  24-32
    2.5.1 距离多普勒成像基本原理  24-27
    2.5.2 距离多普勒成像算法仿真流程  27-29
    2.5.3 成像算法仿真实验  29-32
  2.6 小结  32-33
3 SAR成像的地形与目标几何畸变建模与仿真  33-48
  3.1 SAR的目标仿真模型  33-34
    3.1.1 目标的散射模型  33-34
    3.1.2 目标的几何模型  34
  3.2 建立三维地形模型的原理  34-37
    3.2.1 数字高程模型(DEM)及其插值算法  34-36
    3.2.2 小平面单元模型  36-37
  3.3 SAR的目标仿真  37-41
    3.3.1 仿真建模工具Creator和Vega介绍  37
    3.3.2 地形仿真模型的建立  37-40
    3.3.3 模型建立的结果  40-41
  3.4 SAR成像几何畸变建模  41-45
  3.5 实验效果分析  45-47
  3.6 小结  47-48
4 SAR图像乘性噪声统计建模与分析  48-56
  4.1 SAR斑点噪声的形成原因  48-49
  4.2 SAR斑点噪声的去除研究现状  49-50
  4.3 SAR图像噪声模型  50-52
  4.4 乘性噪声的统计分布  52-55
    4.4.1 实验流程  52-53
    4.4.2 试验结果  53-55
  4.5 小结  55-56
5 SAR成像仿真系统体系结构及实现  56-70
  5.1 引言  56
  5.2 仿真系统的开发流程  56-60
    5.2.1 场景建模  56-58
    5.2.2 纹理材料映射  58-59
    5.2.3 RadarWorks模块原理  59-60
    5.2.4 SAR仿真图像生成  60
  5.3 编程仿真  60-65
    5.3.1 参数设置  61-62
    5.3.2 系统结构和类的描述  62-63
    5.3.3 程序的控制流程  63-65
  5.4 试验结果  65-69
    5.4.1 程序界面及功能  65-66
    5.4.2 仿真结果  66-69
  5.5 小结  69-70
结束语  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-75
附录  75

合成孔径雷达的成像系统仿真与相干斑噪声特性研究

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