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双基前视SAR成像及运动补偿方法研究

双基前视SAR成像及运动补偿方法研究

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作者：平川西安电子科技大学

学位级别：硕士

在自主导航、战场侦察、协同探测与精确打击等应用领域,利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)对正前方区域进行成像具有重要的应用价值。传统单基SAR在前视条件下由于距离向和方位向发生重合而无法实现成像。双基SAR收发平... 详细信息

在自主导航、战场侦察、协同探测与精确打击等应用领域,利用合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)对正前方区域进行成像具有重要的应用价值。传统单基SAR在前视条件下由于距离向和方位向发生重合而无法实现成像。双基SAR收发平台分置,在适当的几何布局条件下可以实现单基SAR系统不能完成的前视成像。双基前视SAR系统由于运动误差的影响,导致收发平台的飞行轨迹会偏离理想航迹,所以精确的运动补偿是实现高分辨SAR成像的关键技术。本文主要围绕双基前视SAR成像算法与运动补偿方法展开研究,具体内容如下:1.针对单基SAR无法实现前视成像的问题,研究了双基前视SAR的成像原理。对成像几何构型、回波信号模型和二维分辨率进行具体分析,为后续算法的研究与实现奠定了理论基础。2.研究了基于椭圆极坐标系的后向投影(Back Projection,BP)算法,详细阐述了将回波数据通过计算投影到成像场景中的过程。针对BP算法运行效率较低的问题,研究了双基前视SAR的快速分解后向投影(Fast Factorized Back Projection,FFBP)算法。此算法将合成孔径分解为初始子孔径分别进行BP成像,通过迭代的方式将子图像融合为全孔径下的高分辨SAR图像。实验结果表明,相较于BP算法,双基前视SAR的FFBP算法在几乎不损失成像质量的前提下,可以降低成像算法的运算量,显著提高成像效率。3.针对收发双站加速运动时FFBP算法孔径分割长度不相等的问题,提出了一种加速轨迹双基前视SAR的快速时域成像算法。与现有FFBP算法的孔径分割方式不同,此算法进行非均匀子孔径分割并得到多个长度相等而包含方位采样点个数不相等的初始孔径,当双基前视SAR系统中的收发平台进行加速运动时依旧可以实现精确成像。实验结果表明,此算法可以有效改善聚焦性能,并提高运行效率。4.针对收发双站的飞行轨迹存在运动误差的问题,研究了双基前视SAR的运动补偿方法。利用惯导数据对运动误差进行粗补偿,并对惯导误差以及双基SAR系统时频同步误差进行具体分析。针对基于惯导数据的运动补偿不能满足SAR图像聚焦精度等问题,研究了双基前视SAR的相位梯度自聚焦(Phase Gradient Autofocus,PGA)算法。此算法根据相位梯度的概念建立相位误差模型,对相位误差进行估计与校正后可以得到高分辨的双基前视SAR图像。实验结果表明,双基前视SAR的PGA算法可以有效补偿散焦现象,改善SAR图像的成像质量。

关键词：双基前视SAR FFBP算法加速轨迹运动补偿 PGA算法

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