弹载SAR成像算法研究

作     者：张银良 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁毅;井伟

授予年度：2017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：合成孔径雷达 弹载SAR 大斜视 下降段侧视 频域非线性变标 

摘      要：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种有源微波遥感成像系统,能够全天时、全天候、远距离成像,并具有多极化、强抗干扰能力等优点,可以提供目标区域高分辨率、高精度的二维图像,在军事上有很大的应用前景。特别是将SAR成像技术应用于导弹上,是信息化战争中实现精确制导的有效方法。由于导弹飞行速度快、成像实时性要求高,弹载SAR成像算法往往要比机载、星载SAR算法复杂。尤其是在末制导段,导弹在攻击目标的同时还要规避敌防空火力,飞行过程不再是一条直线,往往会发生姿态、高度和速度的变化,针对不同的飞行状态,也需要研究不同的弹载SAR成像算法。本文就是结合导弹的运动特点,分别对弹载大斜视SAR以及下降段侧视SAR的成像算法问题进行研究,主要工作包括以下几个方面:(1)从距离徙动、高分辨率成像获取方面分析了SAR基本原理,对基础性SAR算法中的R-D和CS算法进行了介绍。根据导弹的飞行特征将末制导段分为俯冲下降段、平飞段和攻击目标段三个阶段,并指出在各阶段弹载SAR分别工作于侧视、大斜视和前视成像模式。(2)弹载SAR在大斜视成像时,由于平台飞行速度快、斜视角度大,回波信号在距离向和方位向会发生严重耦合,并产生大的距离徙动误差;同时,为满足弹载条件成像实时性高的要求,SAR成像算法设计还要尽可能的减小计算量,不能过于复杂。针对这种情况,本文通过建立成像几何模型,基于时域校正距离走动并频域校正距离弯曲,并用三次相位补偿来消除距离徙动误差,介绍了一种适合弹载大斜视SAR成像的R-D算法。(3)在末制导段,导弹往往要做俯冲下降运动到预定的攻击高度,与此同时,还要通过侧视成像对目标区域进行搜索勘察,并修正飞行误差。在此过程中,导弹垂直方向的运动会带来距离走动、几何畸变、多普勒参数变化等一系列问题,因而下降段弹载侧视SAR成像算法不仅要能实现高分辨率、高精度聚焦成像,还要解决斜视角等空间运动参数变化带来的影响。在下降段,侧视SAR成像也存在严重的距离方位耦合,在时域校正距离走动解决这一问题时通常会带来方位聚焦深度问题。针对这些问题,本文根据子孔径成像特点,利用频域非线性变标思想,通过构造方位频域高次相位滤波函数消除多普勒调频率空变和方位高次相位空变,实现方位向一致化处理,最终在距离多普勒域内成像聚焦。