無人機載微型SAR高分辨成像技術(shù)研究.pdf

1、微型調(diào)頻連續(xù)波(Frequency Modulated Continuous wave，F(xiàn)MCW)合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)具有重量輕、小型化、低功耗的特點，可搭載于微小型無人機，遂行靈活機動、全天時全天候的高分辨率成像探測，是國內(nèi)外爭相研究的重要裝備。FMCW SAR高分辨率成像技術(shù)已成為SAR領(lǐng)域研究熱點。其中，大運動誤差下的高分辨率成像處理、斜視條件下的高效率高分辨率成像處理以及實時成

2、像處理等是微型FMCW SAR面臨的主要挑戰(zhàn)。近年來，圓周合成孔徑雷達(Circular Synthetic Aperture Radar, CSAR)因具有全方位觀測、高分辨率等優(yōu)勢漸成雷達領(lǐng)域的另一研究熱點，微小型無人機良好的機動性能為實現(xiàn) CSAR帶來了便利。但是目前針對 CSAR的快速頻域成像處理很不成熟，相關(guān)的成像方法及運動補償方法研究較少。本文密切結(jié)合FMCW SAR信號特點和系統(tǒng)微型化要求，對無人機載微型FMCW SAR成

3、像處理及CSAR頻域成像處理進行了深入研究，取得了一系列有益的成果。
　　本文的主要工作及創(chuàng)新性成果概括如下：
　　1.建立了FMCW SAR成像模型，理論分析了FMCW SAR二維頻譜特性，明確了連續(xù)波體制下脈內(nèi)載機運動對成像的影響。隨后，對FMCW SAR頻域成像方法進行了歸一化推導；分析了斜視條件下殘余二次距離壓縮項對成像的影響，提出了一種改進的頻域尺度變標算法(Frequency Scaling Algorithm,

4、 FSA)。該方法具有運算效率高、同時適用于正側(cè)視和斜視FMCW SAR高分辨成像的特點。
　　2.建立了運動誤差條件下 FMCW SAR信號模型；推導分析了運動誤差對FMCW SAR成像的影響；從航向運動誤差補償和視線方向運動誤差補償兩個方面對比分析了FMCW SAR同脈沖體制SAR的異同。給出了適用于FMCW SAR的運動補償方法，該方法具有運算量小、適應于多種頻域算法的特點。
　　此外，為了進一步減小成像處理運算量，提

5、出了一種簡化的FMCW SAR實時成像處理方法。為了在低精度運動測量設備條件下獲取高分辨率SAR圖像，提出了一種基于多普勒調(diào)頻率估計的運動誤差消除方法，具有運算量小、魯棒性強的特點。
　　3.建立了CSAR信號模型，結(jié)合駐定相位原理（Principle of Stationary Phase, POSP）首次推導得到了CSAR頻譜表達式。相比于條帶模式SAR，分析了CSAR在成像區(qū)域大小、點散布函數(shù)、三維成像能力等方面的特點?；?/p>

6、譜分析的方法研究了多航過CSAR三維成像處理方法。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合FMCW信號特點，分析了FMCW CSAR的應用潛力，建立了FMCW CSAR信號模型，從時域成像處理和頻域成像處理兩個方面明確并消除了脈內(nèi)載機運動對CSAR成像的影響。
　　4.針對場景中絕大多數(shù)目標具有各向異性電磁散射的事實，提出了一種實用的 CSAR成像策略：子孔徑內(nèi)相參積累以得到子孔徑圖像、子孔徑圖像間的非相干疊加以得到最終的CSAR圖像。為了克服CSAR頻

7、譜由斜距面向成像平面投影過程中的空變性，提出了一種基于子孔徑處理和沿目標半徑空變（Target Radius Dependent, TRD）濾波的方法實現(xiàn)了 CSAR頻譜投影處理，具有運算效率高、精度高的特點?？偨Y(jié)分析了 CSAR子孔徑頻域成像算法在空間分辨率、全方位電磁散射信息獲取等方面的特點。
　　5.提出了與CSAR頻域成像算法相結(jié)合的運動補償方案。通過空不變運動誤差補償、空變運動誤差補償以及極坐標插值后的自聚焦處理，實現(xiàn)了