基于实测数据的UWB SAR图像自聚焦算法研究

作     者：安道祥 

作者单位：国防科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄晓涛

授予年度：2006年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：超宽带合成孔径雷达 相位梯度自聚焦 空变相位误差 对比度最优PGA算法 NUSPGA算法 SPGA算法 

摘      要：机载超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)成像可以获取高分辨率图像,它提高了雷达的信息获取能力和信息感知能力。目前UWB SAR已经作为现代雷达一种新的功能应用于机载雷达系统中。但在实际录取数据中由于受到气流等影响使得雷达平台的运动轨迹和状态很难控制平稳,载机的这种非理想运动是引起信号相位误差的主要原因。因此,运动补偿是实现高分辨成像的前提,也是机载UWB SAR中的关键技术之一。 基于图像数据的运动误差补偿是机载UWB SAR补偿系统中的重要一步。本文重点研究了基于实测UWB SAR图像数据的自聚焦算法,提出了几种适合UWB SAR的新自聚焦算法。使UWB SAR的实测图像质量得到了进一步提高。 相位梯度自聚焦(PGA)算法是一种稳健的高分辨合成孔径雷达(SAR)相位校正方法,在SAR领域得到广泛应用。本文在原始PGA算法的基础上,提出了对比度最优PGA算法。该算法是对原始PGA算法的一种改进,它解决原始PGA算法无法对UWB SAR图像实现良好聚焦的问题。本文还对原始PGA算法中线性相位误差的引入进行了详细的推导论证,并提出“参考点对齐法来消除由此所引起的聚焦图像横向(沿方位向)平移的几何失真。 本文建立了UWB SAR中由于载机偏航所导致的相位误差模型,对相位误差的距离向空变性进行了仿真分析,总结得出了相位误差沿距离向的空变特点。并在此特点的基础上提出了图像非均匀分段PGA(NUSPGA)算法,有效地解决了UWB SAR中相位误差距离向空变而严重影响图像聚焦质量的问题。 条带式PGA算法(SPGA)是继原始PGA算法后所提出来的一种针对条带模式SAR成像的自聚焦算法。本文在对这种算法进行了深入研究后,对原始SPGA算法的实现流程进行了改进,使其能够更加精确的估计UWB SAR中方位向空变相位误差。文中还提出通过估计距离向空不变因子来构造距离向空变相位误差的方法,弥补了原始SPGA算法中未考虑相位误差距离向空变性的缺点。 在本文的最后对文中所提到的自聚焦算法以及本文所提出的改进算法在聚焦性能﹑适用的前提条件等方面进行了简要的对比分析。以方便实际应用时可根据UWB SAR图像数据的具体情况选择最合适的自聚焦算法,从而得到所需的聚焦结果。