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调频连续波SAR成像R-D及ωK算法研究

杜传红  
【摘要】:在地表观测领域,人们一直在寻求一种结构紧凑、价格低廉、分辨力高的成像系统。日益成熟的小型无人机技术为这一实现提供了可能,然而,这一承载平台受承载能力的限制,不适合安装设备复杂笨重的传统脉冲型合成孔径雷达。高度小型化的连续波合成孔径雷达(FMCW-SAR)将连续波技术与SAR技术结合起来,满足了SAR系统低成本的发展趋势,非常适合安装在有效载荷严格受限制的小型无人机上。作为一种小规模遥感成像手段,FMCW-SAR在灾害监测、测量海洋内波成像以及高速公路监测等领域将会发挥重要的作用。 但由于FMCW-SAR连续发射扫频信号,在大扫频周期脉冲持续作用期间雷达的运动不可忽略,使得应用于脉冲SAR的“停-走-停”假设不再成立,我们必须探索适合FMCW-SAR的信号处理及成像方法。 由于连续波合成孔径雷达通常应用在无人机载平台上,便于实时成像处理的算法研究非常重要。距离-多普勒(Range Doppler, R-D)算法是SAR成像中的运算最为简单,也是最为经典信号处理算法,但该算法通常需要插值运算才能完成。目前,改进的RD算法虽然避开了插值运算,但是没有充分利用去调频信号特点,简化信号处理步骤。针对这一问题,本文提出了适合连续波SAR的改进的R-D算法,通过仿真结果和对其计算量的分析可知,改进算法更适合实时成像,验证了所述方法的有效性。 聚束工作模式是调频连续波(FMCW)SAR实现高分辨力成像的一种重要手段,但聚束模式回波多普勒带宽远大于条带SAR,并且由于受扫频周期内平台连续运动的影响,方位向不能很好聚焦;ωK算法作为一种精确成像方法,经常被用在脉冲SAR的聚束工作模式下,本文依据传统脉冲SARωK算法信号处理步骤,首次提出在聚束模式下FMCW-SAR的波数域成像方法,通过仿真结果可以看出,改进算法可以使方位向回波信号能量完全集中,很好解决了连续波SAR所特有的平台在扫频周期内运动引起的方位向散焦问题。


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