双站SAR近距宽测绘带成像算法研究

作     者：丁颖铖 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：钟华

授予年度：2022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：双站合成孔径雷达 近距宽测绘带 三维椭球模型 高阶距离徙动残余量 扩展频域非线性变标 

摘      要：双站合成孔径雷达(Bistatic Synthetic Aperture Radar,BiSAR)以其特有的收发平台分置模式而命名,其具有安全性高、配置灵活和信息获取能力强等方面的优势,有着较为广阔的应用前景。其中,随着无人机在军民领域中应用的日益普遍,BiSAR结合无人机等机动平台的一体化研究已经成为当前的热点话题。然而,无人机等机动平台常面临着近距的高分辨宽测绘带成像场景,其涉及的斜视角复杂空变特性导致传统BiSAR成像算法性能急剧下降。因此针对一站固定式BiSAR(One-Stationary BiSAR,OS BiSAR)和斜飞BiSAR(Nonparallel-Track BiSAR,NP BiSAR)两种特殊构型,本文开展的BiSAR近距宽测绘带成像算法研究具有重要的意义。在OS BiSAR近距宽测绘带成像研究中,提出了基于三维椭球模型的OS BiSAR近距宽测绘带成像算法。首先,针对回波距离徙动(Range Cell Migration,RCM)的复杂空变耦合现象,在斜视角空变误差仿真分析的基础上,研究了线性距离徙动校正(Linear RCM Correction,LRCMC)、梯形变换(Keystone Transform,KT)和一致距离徙动校正(Bulk RCM Correction,Bulk RCMC)相结合的距离-方位耦合消除方法。而在空变斜视角引入的距离向高阶误差和方位向空变均衡的处理问题上,通过OS BiSAR回波的距离向位置特性分析,建立了三维椭球模型以获取点目标的方位空变关系式,并研究了高阶RCM残余误差消除方法,实现高分辨距离向聚焦。同时采用空变关系式对方位多普勒参数进行重建模,实现了方位向的均衡与压缩。仿真结果表明,该OS BiSAR成像算法针对近距宽测绘带场景下点目标的聚焦性能更优,提升了成像效果。在NP BiSAR近距宽测绘带成像研究中,建立了相应的斜视角空变几何构型,并提出了基于三维椭球模型的NP BiSAR近距宽测绘带成像算法。首先采用距离向预处理操作消除由斜视角引入的RCM空变误差,而后针对处理后的高阶RCM残余量,探索了基于三维椭球模型的校正方法,并通过与传统椭圆模型的二次相位误差对比仿真验证了三维椭球模型在精度上的提升。针对方位向压缩过程中对多普勒参数的一致性需求,将三维椭球模型结合至具备残留多普勒中心校正能力的扩展频域非线性变标(Extended Frequency Nonlinear Chirp Scaling,EFNLCS)算法中,在消除残留多普勒中心的同时完善了多普勒相位参数的空变均衡能力。最后,通过仿真实验验证该算法具有更好的聚焦处理能力且对近距宽测绘带场景有更好的适用性。