高分辨率SAR-ISAR成像信號(hào)補(bǔ)償新技術(shù)研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)和逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)具有全天時(shí)、全天候工作，遠(yuǎn)距離探測(cè)，寬測(cè)繪帶和高分辨成像的特點(diǎn)，在微波遙感領(lǐng)域具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，在?guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中都具有舉足輕重的意義。伴隨著信息處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的提升，需要獲得更高成像質(zhì)量的雷達(dá)圖像。為了獲得更高分辨率更大成像場(chǎng)景的雷達(dá)圖像，不僅需要對(duì)各種成像算

2、法進(jìn)行研究，還需要對(duì)信號(hào)補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行探索。幾乎所有的 SAR/ISAR成像算法都假設(shè)雷達(dá)或者目標(biāo)在真空的理想路徑上運(yùn)動(dòng)，雷達(dá)或者目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在觀測(cè)時(shí)間內(nèi)都精確已知。但在實(shí)際應(yīng)用中，在雷達(dá)信號(hào)發(fā)射、傳播、接收、處理的各個(gè)過程里，存在方方面面的誤差干擾影響最終獲得的雷達(dá)圖像的效果。
　　本文對(duì)高分辨率SAR和ISAR成像信號(hào)補(bǔ)償?shù)膸追N新技術(shù)進(jìn)行了研究，主要包括三個(gè)部分：模型誤差補(bǔ)償，傳播誤差補(bǔ)償和運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。從對(duì)高分辨率

3、ISAR成像模型的重新審視開始，到高分辨率SAR和ISAR信號(hào)處理，再到新型雙基SAR的成像算法，逐步深入展開研究。
　　具體來說，本論文的主要研究工作可概括如下：
　　在模型誤差補(bǔ)償方面，針對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的空間目標(biāo)提出了一種ISAR成像的精確回波信號(hào)模型，并與“一步一停”近似模型進(jìn)行了對(duì)比。精確回波信號(hào)模型充分考慮到雷達(dá)脈沖發(fā)射、傳播和接收過程中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，由此引出了在“一步一?！苯苹夭Ｐ椭泻雎缘囊恍┬聠栴}，包括不同的步進(jìn)

4、頻信號(hào)具有不同的多普勒模糊數(shù)和不同的頻譜中心移動(dòng)量等。這些新問題會(huì)造成距離向的散焦，降低距離向分辨率，并隨著信號(hào)時(shí)寬帶寬積(Time Bandwidth Product，TBP)的增大而越來越顯著。為了解決精確回波信號(hào)模型下的新問題，提出了一種快速目標(biāo)ISAR步進(jìn)頻率合成及補(bǔ)償成像算法，可以對(duì)大TBP的步進(jìn)頻率信號(hào)完成快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的高分辨ISAR成像處理，得到高分辨的聚焦結(jié)果。
　　在傳播誤差補(bǔ)償方面，針對(duì)星載SAR對(duì)地面場(chǎng)景觀測(cè)

5、及地基ISAR對(duì)空間目標(biāo)觀測(cè)時(shí)，雷達(dá)電磁波穿透電離層會(huì)受到電離層影響的問題展開研究。首先對(duì)電離層進(jìn)行建模，對(duì)電離層影響進(jìn)行了分析。其次依據(jù)電離層在雷達(dá)回波中的附加相位，尋求從回波數(shù)據(jù)中提取電離層參數(shù)積分電子總量(Total Electron Content，TEC)的方法。最后提出了兩種基于雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的估計(jì)及補(bǔ)償SAR和ISAR成像信號(hào)中電離層影響的算法。一是頻域估計(jì)電離層TEC及電離層影響補(bǔ)償方法，適用于星載SAR成像及地基ISAR

6、成像；二是二維子帶劃分估計(jì)，適用于地基ISAR成像，并用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。此外還介紹了一種利用最小熵方法對(duì)電離層參數(shù)TEC進(jìn)行精估計(jì)的方法。
　　在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方面，研究了機(jī)載SAR平臺(tái)中高分辨率圓跡SAR和聚束式SAR的運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償算法。在高分辨率圓跡SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中，推導(dǎo)了存在三維位置誤差時(shí)點(diǎn)目標(biāo)瞬時(shí)斜距的表達(dá)式，對(duì)斜距誤差量隨距離和方位的空變性進(jìn)行了詳細(xì)分析，提出一種基于慣導(dǎo)參數(shù)的圓跡SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，利用慣導(dǎo)參數(shù)反解隱函數(shù)

7、得到斜距誤差的2維空變表達(dá)，利用Chirp-Z變換完成空變的包絡(luò)誤差補(bǔ)償和空變的相位誤差補(bǔ)償，最終得到聚焦良好的場(chǎng)景圖像。在高分辨率聚束式SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中，根據(jù)經(jīng)典極坐標(biāo)算法(Polar Format Algorithm，PFA)和瞬時(shí)調(diào)頻率估計(jì)，從雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中估計(jì)得到雷達(dá)載機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差并進(jìn)行補(bǔ)償，搭建一種適用于硬件實(shí)時(shí)處理的新型算法結(jié)構(gòu)，并在FPGA+DSP的硬件系統(tǒng)中順利實(shí)現(xiàn)了缺少慣導(dǎo)輔助數(shù)據(jù)條件下的高分辨率聚束式SAR實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)