双基SAR信号处理方法研究

作     者：李梦慧 

作者单位：华侨大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭鸽伟

授予年度：2021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：BiSAR 正交多项式 运动补偿 正交解耦合 方位向空变性 

摘      要：双基合成孔径雷达(Bistatic Synthetic Aperture Radar,BiSAR)指发射平台和接收平台分置工作的雷达成像系统。与传统的单基SAR相比,在运用上有更大的灵活性,作用距离更远,能够获取更丰富的信息。但同时收发平台分置的结构也带来了一些技术挑战,BiSAR斜距函数是两个双曲线之和,这使频谱函数的求解更加困难,增加了成像算法的复杂性。本课题围绕BiSAR的信号处理和高分辨成像问题,提出了基于正交分解的斜距模型,并对其在直线运动轨迹和特殊场景需求的曲线运动轨迹下的高分辨率成像算法展开研究。论文的内容主要概括为以下几点:1.基于BiSAR的几何构型,建立斜距模型,提出斜距函数的正交分解近似方法。依据BiSAR不同的几何构型建立斜距函数表达式。针对BiSAR斜距的特殊性和复杂性,传统算法将其近似为Taylor级数形式,本文提出将Legendre和Chebyshev正交多项式应用于斜距的近似处理中,提高了斜距的近似精度,为BiSAR的高分辨率成像奠定基础。2.针对传统Taylor级数展开斜距方法的边缘点散焦问题,提出了基于Legendre多项式正交分解的BiSAR二维频域成像算法。基于Legendre多项式推导了斜距函数和耦合相位的近似解析式,利用驻留相位原理和级数反演法推导了点目标二维频谱,提高了二维频谱相位分解的近似精度。通过对比表明:该算法精度高,成像过程中不需要插值,并有效改善了场景边缘点的聚焦效果,增加了边缘点的聚焦深度。3.针对Legendre多项式应用于加速度下的斜距函数,系数求解复杂的问题,提出了基于加速度下的BiSAR的正交解耦合和运动补偿的改进RD(Range Doppler,RD)算法。基于Chebyshev多项式推导了斜距函数和耦合相位解析式,提高了斜距和频谱相位分解的近似精度,且相比于Legendre多项式,计算量小。通过线性距离徙动校正降低了距离-方位向的耦合程度,简化了成像处理过程。通过对比表明:该算法有效补偿了加速度带来的运动误差,提高了点目标的成像质量,且算法运算效率高。4.针对多角度观测目标的特殊场景需求,提出了基于曲线运动BiSAR的非线性变标(Non-Linear Chirp Scaling,NLCS)算法。该算法基于Chebyshev多项式正交分解三维斜距函数和耦合相位,针对三维速度和加速度带来的方位向空变性问题,利用非线性变标函数均衡不同点目标的多普勒调频率,解决了多普勒调频率的方位向空变性问题。通过对比表明:该算法改善了边缘点的成像质量,且应用场景更加灵活广泛。