方位多相位中心SAR稳健成像处理研究

作     者：谭振亚 

作者单位：国防科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何峰

授予年度：2017年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：合成孔径雷达 方位多相位中心 高分辨率宽测绘带 稳健成像处理 阵列误差校正 信号重建 

摘      要：合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）可以实现全天时、全天候对地观测,在民用领域和军用领域都得到广泛的应用。但常规单通道SAR系统受制于最小天线面积约束,无法同时获得方位向高分辨率和距离向宽测绘带。方位多相位中心（Azimuth Multiple Phase Centers,AMPC）SAR体制工作在低脉冲重复频率（Pulse Repetition Frequency,PRF）条件下,通过沿方位向排列的多个接收通道弥补PRF不足,突破常规单通道SAR系统的最小天线面积约束,实现高分辨率宽测绘带（High Resolution Wide Swath,HRWS）连续测绘。本文针对非理想条件下的AMPC SAR信号重建,从阵列误差校正和稳健的信号重建方法两个方面着力实现稳健的AMPC SAR成像处理。第二章介绍AMPC SAR基本原理。建立理想条件下的AMPC SAR信号模型和信号处理流程。从等效相位中心分布、回波方位频谱特性、协方差矩阵特征值分解等多个方面分析AMPC SAR信号回波特性。提出通过导向矢量分布直观分析AMPC SAR信号特性并预测信号重建难度和可以达到的重建效果。介绍两种常用的信号重建方法,通过点目标仿真AMPC SAR信号处理流程,验证了AMPC SAR实现HRWS成像的能力。为研究非理想条件下的稳健成像处理奠定基础。第三章研究AMPC SAR阵列误差建模与校正。建立阵列误差影响下的AMPC SAR信号模型,通过仿真分析出阵列误差带来的相位误差较为显著,提出改进的天线方向图算法,实现了非均匀采样和低信噪比条件下有效的相位误差估计。针对相位误差的空变特性,在距离向分段进行相位误差校正,进一步建立了完整的阵列误差条件下的AMPC SAR信号处理流程。第四章研究稳健的AMPC SAR信号重建方法。首先介绍自适应信号重建方法的原理,在此基础上分析导向矢量误差、协方差矩阵误差、功率谱分布特性对信号重建性能的影响。导向矢量误差包含相位误差校正后残余的相位误差和幅度误差、方位延时误差等。协方差矩阵误差和功率谱分布特性改变同样是实测数据处理中降低信号重建质量的重要因素。接下来,针对上述影响因素引入稳健的信号重建方法,提出了基于协方差矩阵重构的信号重建方法,在导向矢量误差、协方差矩阵误差、功率谱分布特性变化等非理想条件下仍能实现信号高质量重建。本文提出的非理想条件下的AMPC SAR信号处理流程和相位误差估计方法、信号重建方法均得到实测数据验证,证明本文研究内容有效实现了AMPC SAR稳健成像处理。