圓周SAR成像算法及相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、圓周SAR是一種新興的三維SAR成像系統(tǒng)，其通過(guò)對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行圓軌跡照射，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的三維聚焦。傳統(tǒng)的SAR成像系統(tǒng)采用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，導(dǎo)致空域頻譜受到限制，圓周SAR采用圓軌跡運(yùn)動(dòng)突破了這一限制，使得其回波頻譜得以拓寬，從而達(dá)到了提高分辨率的目的。圓周SAR通過(guò)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行360°觀測(cè)可以獲得目標(biāo)的全方位散射信息，有利于對(duì)隱蔽目標(biāo)和特殊區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)偵查，因此其在軍事和民用方面都有廣泛的應(yīng)用前景。本文針對(duì)圓周SAR成像系統(tǒng)成像原理、成像

2、算法以及成像過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究，具體的工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1、圓周SAR成像系統(tǒng)的基本原理。本文首先介紹了圓周SAR成像系統(tǒng)的基本模型，對(duì)其時(shí)域和頻域的回波信號(hào)進(jìn)行了分析。然后對(duì)圓周SAR三維分辨率進(jìn)行了研究，總結(jié)了其在全孔徑以及特定孔徑條件下的分辨率公式，并分析其高分辨的機(jī)理。最后，介紹了兩種傳統(tǒng)的圓周SAR成像算法，時(shí)域的后向投影算法和波數(shù)域的基于波前重建的成像算法。
　　2、基于非均勻傅里葉變換(NUFFT

3、)的改進(jìn)型圓周SAR成像算法。傳統(tǒng)的波數(shù)域成像算法需要對(duì)回波數(shù)據(jù)插值再進(jìn)行傅里葉變換得到目標(biāo)成像結(jié)果，插值所引起誤差以及數(shù)據(jù)利用率低的問(wèn)題都嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。本文針對(duì)上述缺陷，研究了一種基于NUFFT的改進(jìn)型圓周SAR成像算法。該算法可以充分利用回波數(shù)據(jù)，并且降低了插值所引起的誤差，相對(duì)于傳統(tǒng)的波數(shù)域成像算法有效的提高了分辨率抑制了旁瓣，并且成像效率也得到了提升。本文通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)所提出算法、BP算法和基于波前重建的圓周 SAR成像算法

4、進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了所提出算法的優(yōu)勢(shì)。
　　3、改進(jìn)圓周 SAR圖像特征增強(qiáng)算法。實(shí)際中由于目標(biāo)的各向異性，導(dǎo)致圓周SAR僅能部分孔徑下保持相關(guān)性，引起成像分辨率下降、旁瓣升高等問(wèn)題。本文針對(duì)以上問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)的圓周SAR圖像特征增強(qiáng)算法，該算法在稀疏孔徑的條件下即可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景的恢復(fù)，并且改進(jìn)算法通過(guò)對(duì)原始圖像特征增強(qiáng)算法中最優(yōu)化模型的罰函數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理，達(dá)到了更好的旁瓣抑制效果。本文通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析原始特征增強(qiáng)算法、改

5、進(jìn)算法以及傳統(tǒng)BP算法，驗(yàn)證了改進(jìn)算法的優(yōu)勢(shì)，并且將二維成像算法推廣到三維成像，針對(duì)多航過(guò)圓周SAR系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了改進(jìn)算法在三維成像中的可行性及優(yōu)勢(shì)。
　　4、圓周SAR散射點(diǎn)相關(guān)性分析。由于圓周SAR對(duì)目標(biāo)進(jìn)行大角度觀測(cè)，目標(biāo)的散射特性會(huì)隨著觀測(cè)角度的不同而發(fā)生變化，傳統(tǒng)算法中對(duì)目標(biāo)各向同性的假設(shè)將不再合理，本文利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)的相關(guān)角度進(jìn)行分析，證明實(shí)際中目標(biāo)的相關(guān)角度僅能維持一定范圍，說(shuō)明了實(shí)際中圓周SAR成像分

6、辨率無(wú)法達(dá)到理論值。
　　5、圓周SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題。圓周SAR由于其運(yùn)動(dòng)的軌跡的復(fù)雜性，導(dǎo)致航跡向和切航跡向的回波信號(hào)存在嚴(yán)重的耦合，因此其運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題尤為復(fù)雜。本文首先分析了運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)成像質(zhì)量的影響，然后利用自聚焦BP算法對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，并和傳統(tǒng)的BP算法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了自聚焦BP對(duì)圓周SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)挠行?，最后將自聚焦BP算法進(jìn)行改進(jìn)擴(kuò)展到圓周SAR三維成像中，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)BP算法進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該算法在三維成像