雙-多通道SAR成像技術(shù)研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種主動(dòng)式的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，具有全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)距離、寬測(cè)繪帶、高分辨率的特點(diǎn)，可以大大提高雷達(dá)信息獲取能力，尤其是戰(zhàn)場(chǎng)感知能力，在軍用和民用領(lǐng)域均有重大實(shí)用價(jià)值。
　　 SAR經(jīng)歷著從單通道向雙、多通道發(fā)展過(guò)程，通過(guò)空間維度的擴(kuò)展雷達(dá)系統(tǒng)性能得到了極大地提升。與傳統(tǒng)單通道SAR相比，收發(fā)分置的雙基SAR具有很好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，比如作用距離遠(yuǎn)、隱蔽性好、抗干擾強(qiáng)、生存能力強(qiáng)；可獲得地物的非后向散射系數(shù)；可以通

2、過(guò)調(diào)整接收雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)距離提高系統(tǒng)信噪比；利用多個(gè)不同基線的雙基SAR干涉測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(SAR-GMTI)、數(shù)字高程測(cè)量(DEM)等。然而這些好處的獲得是以系統(tǒng)復(fù)雜性為代價(jià)的，同時(shí)雙基SAR系統(tǒng)中雙根號(hào)形式的回波相位歷程對(duì)雙基成像算法的設(shè)計(jì)造成了一定的障礙，因而還需要對(duì)雙基譜和成像算法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。
　　 相對(duì)于單通道SAR，多通道SAR具有許多單通道SAR無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：高分辨率、寬測(cè)繪帶、高信噪比、沿航

3、向干涉測(cè)速、垂直航向測(cè)高、極化干涉、抗干擾、三維成像等。文中針對(duì)傳統(tǒng)星載SAR受最小天線面積限制導(dǎo)致高方位分辨和寬測(cè)繪帶成像的矛盾開展研究，利用多通道SAR系統(tǒng)有效地克服單通道的缺陷為實(shí)現(xiàn)高分辨寬測(cè)繪帶成像提供了可能，因而多通道SAR高分辨寬測(cè)繪帶成像算法作進(jìn)一步研究。
　　 本論文主要圍繞以上幾個(gè)方面做了一些工作，現(xiàn)概括如下：
　　 1.提出一種在雙基TanDEM構(gòu)形下推導(dǎo)嚴(yán)格解析雙基二維頻譜的新方法。雙基SAR中雙根

4、號(hào)形式的回波相位歷程很難直接利用駐相點(diǎn)原理獲得精確的雙基譜，這也是雙基SAR成像算法的難點(diǎn)。文中在類解析雙基譜基礎(chǔ)上通過(guò)分析角度的轉(zhuǎn)變將不具有解析解的八次方程轉(zhuǎn)化為可解的四次方程，通過(guò)解該方程獲得嚴(yán)格解析的雙基譜?；谠搰?yán)格解析譜，提出一種雙基Omega-K算法處理長(zhǎng)基線雙基SAR構(gòu)形。詳細(xì)地分析了基線作用距離比對(duì)該算法的影響，同時(shí)給出了該算法能夠得到的距離不變區(qū)域尺寸。
　　 2.提出三種多維波形編碼多輸入多輸出(MIMO)S

5、AR新體制包括俯仰線陣MIMO-SAR、面陣MIMO-SAR以及多頻面陣MIMO-SAR實(shí)現(xiàn)寬測(cè)繪帶成像的方法。文中首先介紹多維波形編碼信號(hào)的概念；在信號(hào)發(fā)射過(guò)程中，利用俯仰陣列進(jìn)行波束形成控制波束方向使其在不同子脈沖時(shí)間內(nèi)照射不同子測(cè)繪帶，通過(guò)適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)計(jì)可以將遠(yuǎn)近不同場(chǎng)景回波時(shí)間限定在一小段時(shí)間范圍內(nèi)，該方法獲得的測(cè)繪帶是連續(xù)的，克服了傳統(tǒng)方法中俯仰波束實(shí)現(xiàn)寬測(cè)繪帶存在盲區(qū)的缺陷；同時(shí)該方法具有靈活的功率分配能力和多距離分辨率能力

6、。多維波形編碼面陣MIMO-SAR系統(tǒng)在繼承俯仰維線陣SAR的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)高信噪比的高分辨寬測(cè)繪帶成像。文中首先建立了多維波形編碼面陣MIMO-SAR系統(tǒng)模型，分析了該系統(tǒng)特點(diǎn)；同時(shí)將該系統(tǒng)與HRWS系統(tǒng)(單發(fā)多收系統(tǒng))進(jìn)行詳細(xì)地對(duì)比；在信號(hào)處理過(guò)程中，提出了二維空域聯(lián)合處理方法解出距離和方位模糊，從而實(shí)現(xiàn)了高信噪比的寬測(cè)繪帶成像。多維波形編碼面陣MIMO-SAR系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高信噪比寬測(cè)繪帶成像，同時(shí)還具有靈活控制發(fā)射

7、能量和發(fā)射帶寬的能力。多維波形編碼多頻面陣MIMO-SAR系統(tǒng)在繼承面陣MIMO-SAR的優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)一步獲得二維高分辨寬測(cè)繪帶成像。文中首先建立多維波形編碼信號(hào)多頻面陣MIMO-SAR系統(tǒng)模型；分析了該面陣MIMO-SAR模型下脈內(nèi)掃描技術(shù)對(duì)系統(tǒng)信噪比性能的改善。針對(duì)脈內(nèi)掃描引起的距離模糊以及低脈沖重復(fù)頻率(PRF)導(dǎo)致的多普勒模糊，提出了二維空域聯(lián)合處理方法消除二維模糊；同時(shí)利用多發(fā)多收模型獲得多個(gè)空間自由度進(jìn)行頻帶合成實(shí)現(xiàn)

8、高距離分辨率。因此，該多維波形編碼信號(hào)多頻面陣MIMO-SAR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高信噪比、二維高分辨寬測(cè)繪帶成像。
　　 3.針對(duì)高分辨與寬測(cè)繪帶之間的矛盾，提出一種脈內(nèi)聚束SAR模式實(shí)現(xiàn)高分辨寬測(cè)繪帶成像的新方法。文中首先建立了脈內(nèi)聚束SAR模型，并對(duì)該模型進(jìn)行了簡(jiǎn)要地說(shuō)明；接著詳細(xì)地分析了脈內(nèi)聚束SAR回波信號(hào)特性，對(duì)于脈內(nèi)掃描引起的距離模糊，文中利用俯仰維多孔徑進(jìn)行空域?yàn)V波解模糊；最后還分析了地形起伏對(duì)成像結(jié)果的影響。脈內(nèi)聚束SA

9、R利用脈內(nèi)掃描獲得長(zhǎng)合成孔徑以此實(shí)現(xiàn)高方位分辨率，同時(shí)采用低PRF獲得寬測(cè)繪帶從而實(shí)現(xiàn)了高分辨寬測(cè)繪帶成像。
　　 4.提出一種基于離散頻率編碼信號(hào)(DFCT)的MIMO-SAR系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高分辨寬測(cè)繪帶成像的方法。首先利用離散頻率編碼信號(hào)實(shí)現(xiàn)高距離分辨；同時(shí)采用低PRF來(lái)獲得不模糊的大測(cè)繪帶，然而PRF降低會(huì)導(dǎo)致多普勒模糊。通過(guò)利用MIMO-SAR系統(tǒng)提供更多自由度進(jìn)行空域?yàn)V波，成功地解決了多普勒模糊次數(shù)大于通道個(gè)數(shù)條件下的解模糊

10、問題。
　　 5.提出一種基于壓縮感知(CS)理論估計(jì)低PRF采樣SAR系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)的新方法。文中首先對(duì)低PRF采樣系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行詳細(xì)地分析；獲知該系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波存在多普勒譜模糊和多普勒中心頻率模糊。考慮到距離單元徙動(dòng)(RCM)是多普勒不模糊這一重要特性，提出利用Radon變換獲取不模糊的垂直航線速度；從而解出多普勒中心頻率模糊。由于雜波相消后的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)可以看作為空間稀疏信號(hào)，同時(shí)雜波相消處理不會(huì)影響運(yùn)動(dòng)