基于实测数据的机载SAR成像技术研究

【摘要】： 合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候、二维高分辨、穿透性强和能通过信号处理获取图像的特点,在军用和民用领域中发挥着十分重要的作用。由于机载SAR比星载SAR更容易实现、更灵活、能实时成像,并且星载SAR技术一般要先通过机载SAR进行验证,所以机载SAR技术是各国研究SAR系统首要发展目标。 本文结合航天二院某所机载合成孔径雷达系统研制过程,对机载合成孔径雷达RD和CS成像算法、多普勒参数估计以及相位梯度自聚焦(PGA)技术进行了研究。 首先,对RD算法和CS算法进行了理论研究,并对RD算法进行了考虑距离徙动的点目标仿真;分析比较了多普勒中心频率估计方法:频谱拟合法和时域相关法,根据时域相关法估计结果,利用NM单纯形搜索法仿真实现了大场景的多普勒全局估计;分析比较了估计调频率的图像偏移法(MD)和对比度最优法(COAA),为了实现大量场景的快视成像,设计了两种RD快视成像算法,比较快视成像结果得知,场景对比度较高且平台速度平稳时COAA估计调频率效果更好。 其次,从理论上研究了平台运动误差的分类和补偿方法;根据实测IMU数据分析了车载平台的运动误差特性,利用RD算法进行了点目标运动误差补偿仿真、实测数据成像和运动误差补偿,但车载平台的不稳定性导致成像效果和运动补偿效果并不十分理想;分析了机载平台的运动误差特性,针对机载IMU测速不准的情况,提出了结合COAA的CS成像算法,通过与IMU测速CS成像结果比较,结合COAA的CS算法能有效估计出平台的真实速度,使图像聚焦。 最后,为了获得工程实际所需分辨率,针对某些SAR图像散焦的情况,研究了PGA算法的原理和实现过程。针对带角反射器和不带角反射器的场景图像,各自分别采用了自动估计窗长和设定初始窗宽并按比例依次递减两种加窗方式进行了分析和比较,处理结果表明,整体上设定初始窗宽并按比例依次递减加窗时估计效果相对稳健,但当场景对比度较高时选择自动估计窗长则更为灵活。