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调频连续波SAR成像算法及参数估计方法研究

张今培  
【摘要】:近年来,低空飞行、作用距离近的机载合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar, SAR)受到了更为广泛地关注。调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)雷达的重量轻、体积小、功耗低,将其与SAR技术相结合,便得到了一种结构紧凑、性价比高的高分辨率成像雷达。由于脉冲SAR成像算法推导中使用的“停-跳”假设不再成立,必须重新研究适合FMCWSAR信号模型的成像算法。本文研究了目前FMCW SAR成像中最受重视的两种算法:改进的距离多普勒算法(Modified Range Doppler algorithm, MRDA)和频率变标算法(Frequency Scalingalgorithm, FSA)。然后,在这二种成像算法的基础上讨论了其参数估计的方法,并利用计算机仿真的结果验证了成像算法和参数估计方法的正确性。本文的主要工作描述如下。 第一章首先回顾了FMCW SAR的发展历程,然后介绍了国内外FMCW SAR的研究情况,最后对全文主要工作和解决的主要问题进行了简单概括。 第二章分别在正侧视和斜视情况下对FMCW SAR回波信号进行了详细分析和建模,比较了对LFM信号进行通常的脉冲压缩与进行Dechirp处理方式的不同,而由于FMCW雷达发射脉冲的持续时间比脉冲体制雷达要长得多,因此会在距离向产生多普勒频移。 第三章研究了MRDA,忽略了Dechirp接收方式引入的剩余视频相位(Residual Video Phase,RVP)项。首先简要介绍了经典的RDA成像的原理,给出了脉冲SAR正侧视和斜视模式下采用RDA成像的结果。然后分析了MRDA成像处理中的距离向多普勒频移校正、RCMC和SRC的处理过程,最后给出了对MRDA进行仿真实验的结果与分析。 第四章详细阐述了FSA的原理,针对FMCW SAR回波数据分析了FSA的处理过程,通过FSA仿真实验的结果与分析,并与第三章的MRDA处理结果进行比较,验证了二种成像算法处理FMCW SAR数据的可行性和有效性。 第五章讨论了在FMCW SAR中方位向多普勒参数的估计问题。对基于图像的幅度和相位的两类参数估计方法进行了介绍和分析,重点研究了与图像幅度有关的最大对比度法、最小熵方法以及子孔径相关法,从运算复杂度和参数估计精度的角度比较了脉冲式SAR和FMCWSAR参数估计方法的效能,从而进一步证明了文中FMCW SAR参数估计方法的有效性。 第六章的结束语总结了全文所做工作,而且给出了后续工作的具体方向。


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