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SAR/ISAR运动补偿新方法研究

郑义明  
【摘要】: 成像雷达作为一种先进的探测工具,能全天时、全天候、远距离提供高分辨 率的雷达图像,在军用和民用的众多领域具有广泛的应用前景。为获得高分辨雷 达图像,我们必须使回波信号间保持精确的相位关系,但是雷达与散射点间的相 对运动会引入一定的初相误差,破坏雷达信号间的相位相干性,从而影响所得图 像质量。因此为保持雷达信号间的相位相干性,必须进行精确的运动补偿。 虽然SAR的载体上一般都备有先进的电子导航系统,但由于仪器的监测范围 和精度都受到一定的限制,而难以满足高分辨率成像的要求,通常只能辅之以信 号处理方法,也就是自聚焦。在ISAR系统中,由于无法用仪器精确测定目标的 运动状态,只能通过信号处理方法来进行运动补偿与聚焦。除由未补偿的运动误 差引起的初相误差外,影响雷达图像聚焦性能的初相误差还包括由信号传播及系 统的不稳定性等引起的初相误差。 本文综合研究在运动检测仪器精度不高,甚至在未设运动检测仪器条件下, 利用信号特征进行SAR/ISAR初相校正的自聚焦算法。ISAR的包络对齐是初相 校正的基础,本文最后对包络对齐作了进一步的研究,并提出了一种包络对齐的 新方法。主要工作概述如下: ◇ 许多SAR/ISAR自聚焦方法都是基于多特显点的综合,即利用多特显点信号 的综合处理以提高总的信杂(噪)比,从而提高初相误差的估计精度。本文 第二章基于用累积(相干或非相干)提高信杂(噪)比的概念,并考虑实际 存在的问题,对基于多特显点的自聚焦原理进行了研究,进而对现在应用较 多的几种方法作了比较。 ◇ 第三章针对一个距离单元内存在多个特显点的情形,提出了一种基于散射点 参数估计的自聚焦方法。该方法根据多个特显点和杂波同时存在的模型,用 RELAX估计各散射点回波参数。为精确估计自聚焦所需的初相误差,采用初 相误差和各散射点回波参数估计交替地迭代进行,在精确估计出回波参数的 同时,估计出自聚焦所需的初相误差。实际数据处理结果表明该方法是有效 的。 ◇ 聚束式SAR中由载机机动引起的初相误差多为低频初相误差,其中尤以二次 -11.SAR/ISAR运动补偿新方法研究 一 和高次低频初相误差为主。在现今的运动传感器的前提下,这些初相误差构 成了聚束式SAR图像散焦的主要来源。第四章针对低频高次多项式初相误 差,从多项式相位系数估计的角度对低频初相误差的补偿进行了详细的分析, 并提出了一种新的低频相差补偿的聚束式SAR自聚焦算法。实验结果证明新 算法的估计精度优于地图漂移法等现有的低频相差自聚焦方法。 十 第五章在建立机动目标成像的信号模型基础上,对机动目标ISAR成像的自 聚焦问题进行了讨论。类似于PGA法的一次差分求相位梯度,我们这里基于 二次差分来估计初相误差的二次差分,并采用PGA法的迭代结构,提出了机 动目标自聚焦的二次差分积累法。针对一个距离单元存在多个强散射点情形, 我们基于非线性最小二乘准则,对散射点参数和初相误差进行迭代估计,提 出了机动目标自聚焦的非线性最小二乘法。实验结果说明所给算法具有较好 的聚焦性能。 4 ISAR的包络对齐是初相校正的基础。在第六章,我们从分析距离像及各次回 波的平均距离像的相关性出发,提出了一种包络对齐的新方法,称为迭代相 关对齐法。同时我们以包络全局对齐时各距离像间的距离和最短为准则,对 迭代相关对齐法从另一角度进行了解释。


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