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《西安电子科技大学》 2008年
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单/双基SAR成像和运动补偿研究

李燕平  
【摘要】: 合成孔径雷达(SAR)具有全天候、全天时和远距离成像的特点,可以大大提高雷达的信息获取能力,特别是战场感知能力,对军用和民用均有重要的应用价值。 SAR是通过采用宽频带信号来实现距离维的高分辨率,通过载体的运动形成长的线性合成阵列来实现方位维的高分辨率。近十余年来,SAR已经在各种平台上得到了广泛应用,其载体可能是中、低空飞行的轻型飞机、直升机或者无人机等。受气流扰动的影响,载体在飞行过程中不可避免地会偏离理想的匀速直线运动状态产生运动误差,导致成像质量严重下降。特别是在目前国产惯导精度有限的情况下,研究基于回波数据的运动补偿方法对实现机载SAR的高分辨成像具有重要意义。 常规的运动补偿方法主要针对正侧视的窄波束SAR,并且在处理中忽略了地面的地形起伏。然而在许多实际应用中这些条件并不满足,比如雷达可能工作在斜视模式,雷达的波束宽度可能较宽,地面的地形起伏也可能较大,因而有必要对常规运动补偿方法在各种情况下的适用性进行深入研究。 与传统的单基SAR相比,收发分置的双基SAR具有很好的技术优势,比如作用距离更远、获取信息更丰富、机动性和隐蔽性更高、抗干扰和抗截获性能更好等。这些优势使得双基SAR在军事应用、资源调查、InSAR三维重建、地壳形变监测等方面有着广阔的应用前景。然而这些好处的获得是以系统复杂性为代价的,双基SAR还需要突破成像算法和运动补偿等关键技术。 本论文主要围绕以上几个方面做了一些工作,现概括如下: 1.系统地研究了机载正侧视SAR的运动补偿。在分析正侧视SAR运动误差模型的基础上,提出了一种基于回波数据的运动参数提取和运动补偿方案,有效降低了系统对惯导的要求。该方法的基本思路如下:首先对回波数据沿方位向划分子孔径,接着对子孔径多个距离单元的数据估计多普勒调频率,然后利用多普勒调频率对运动参数进行加权最小二乘估计,最后利用估计的运动参数分别完成视线方向和沿航向运动误差的补偿。 2.对运动补偿中的几何形变问题进行了分析,提出了校正方法。 3.分析指出了地形起伏较大、雷达波束宽度较宽及雷达斜视角较大时常规运动补偿方法的局限性,分别给出了这三种情况下的改进方法。同时也分析了运动补偿后的残余误差对最终SAR图像的影响。 4.分析了相位梯度自聚焦补偿算法中特显点选取原则的不足,提出了一种改进算法。该算法可以自适应地选取SAR图像中质量最好的孤立特显点用于自聚焦,在存在连片强杂波的场景中自聚焦效果更好。 5.提出了一种适用于平行等速双基SAR的扩展Chirp Scaling成像算法。该算法通过级数反演法来计算目标的二维频谱,通过双基参数的数值近似来得到距离空变量的解析表达式,通过CS变标的方法来实现目标的距离徙动校正。该算法可看作是单基SAR中的ECS算法在双基SAR中的推广,其优点在于不需要插值、适用范围广、精度高。 6.提出了一种适用于小斜视角双基聚束式SAR的频率变标算法。该算法可看作单基SAR的频率变标算法在双基情况的推广,能在长基线情况下实现高分辨成像。另外,该算法将数值方法和方位Deramp技术相结合,解决了星载双基聚束情况可能出现的方位频谱混迭的问题。 7.针对斜视角较大的情况,应用非线性变标的思想,提出了一种适用于大斜视角双基SAR的频率变标算法。该算法进一步考虑了随距离变化的二次距离压缩,可以用于较大斜视角的双基SAR成像。 8.研究了卫星/飞机组合的这种广义双基SAR的成像算法问题。分析指出驻相点展开法的精度与收发平台的速度及收发系统的斜视角度有关,因而该方法不适合星机双基SAR。提出了两种计算星机双基SAR目标二维频谱的方法,第一种为解析式法,该方法的运算量小,精度较高,适合方位波束宽度较窄的星机双基SAR;第二种为数值方法,该方法的运算量比第一种大,但优点是可以得到准确的目标二维频谱,适合各种情况的星机双基SAR。 9.研究了双基SAR的运动补偿。通过对双基SAR运动误差模型的分析,提出了一种基于数据的收发平台三维运动误差的估计和补偿方法。该方法直接从回波数据中估计收发平台运动误差的合成值以用于运动补偿,利用构造的相位补偿函数来校正收发平台前向速度波动造成的运动误差。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN957.52

【引证文献】
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2 邹璐;李潺;张勇强;牛文智;徐超飞;;逆合成孔径雷达成像包络对齐的迭代改进方法[J];微型机与应用;2013年16期
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1 郭亮;合成孔径成像激光雷达实验与算法研究[D];西安电子科技大学;2009年
2 王昕;高分辨率机载SAR成像算法研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 杨磊;高分辨/宽测绘带SAR成像及运动补偿算法研究[D];西安电子科技大学;2012年
4 李文超;双基地前视合成孔径雷达运动补偿[D];电子科技大学;2012年
5 刘玉春;双基雷达成像算法研究[D];西安电子科技大学;2013年
6 陈士超;同轨双基SAR成像算法研究[D];西安电子科技大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 梁云霄;基于平方逼近的双基SAR频域成像算法研究[D];电子科技大学;2013年
2 王海兵;基于实测数据的机载SAR成像及运动补偿研究[D];西安电子科技大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 叶少华,周荫清;用真实IMU/GPS数据进行机载SAR运动补偿处理[J];北京航空航天大学学报;2005年10期
2 苏宏宇,李方慧,龙腾;机载合成孔径雷达运动补偿分析及实现[J];北京理工大学学报;2003年03期
3 黄岩,李春升,陈杰,周荫清;高分辨星载SAR改进Chirp Scaling成像算法[J];电子学报;2000年03期
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6 常文革;超宽带合成孔径雷达运动补偿精度分析[J];电子学报;2002年12期
7 王国栋,周荫清,李春升;高分辨率星载聚束式SAR的Deramp Chirp Scaling成像算法[J];电子学报;2003年12期
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9 黄源宝,保铮,周峰;一种新的机载条带式SAR沿航向运动补偿方法[J];电子学报;2005年03期
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 郑义明;SAR/ISAR运动补偿新方法研究[D];西安电子科技大学;2000年
2 郭微光;机载超宽带合成孔径雷达运动补偿技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
3 刘光平;超宽带合成孔径雷达高效成像算法[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
4 邢孟道;基于实测数据的雷达成像方法研究[D];西安电子科技大学;2002年
5 张振华;双/多基SAR成像算法研究[D];西安电子科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李晶;谷彩连;;小电流接地系统单相接地故障选线的算法研究[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2008年01期
2 朱哲;钟伟红;;非平稳随机信号分析处理方法研究[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年06期
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4 武拥军;吴先良;;双站移不变SAR成像的一种通用等效单站RD算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年05期
5 王兴旺;张启斌;杨勇;侯争光;姜家庆;;InSAR干涉图滤波方法比较[J];安徽农业科学;2009年17期
6 段文亮 ,刘涤尘;发电厂暂态电磁环境的小波分析法[J];安全与电磁兼容;2005年04期
7 谢永乐;李西峰;;模拟集成电路参数型故障定位方法[J];半导体学报;2008年03期
8 田芬,李开成;MEM在铁路UM2000轨道电路信号接收中的应用[J];北方交通大学学报;2003年03期
9 吴才成;测试系统中的数据融合技术[J];车辆与动力技术;2005年03期
10 李耀波;任志良;陈光;;水下运动目标噪声线谱的联合估计方法[J];兵工自动化;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 章大勇;吴文启;吴美平;;低成本MEMS-IMU/GPS组合导航的自适应滤波器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 杨海粟;磨国瑞;张江华;刘婷;;雷达导引头DBS回波信号模拟仿真[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年
3 陈丽;吴仁彪;卢丹;;一种加权的直接解算GPS定位算法[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S07北斗/GNSS用户终端技术[C];2012年
4 周芳;;基于融合的混合模式SAR成像技术[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅱ[C];2011年
5 曾朝阳;贾鑫;张晓永;;线性调频连续波激光雷达测量方法研究[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
6 陈晓清;马君国;赵宏钟;付强;;基于二维小波变换的激光成像雷达目标识别算法[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
7 汤辰;毕传兴;徐亮;;球阵列在近场声源识别中的应用[A];现代振动与噪声技术(第九卷)[C];2011年
8 蒋瑜;陈循;陶俊勇;;非高斯随机振动试验控制技术研究[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
9 李震宇;王秀波;;舰船噪声测量现场实时监测系统[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
10 章林柯;何琳;江涌;;基于盲源分离的潜艇源识别信号去除干扰研究[A];第十一届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 范迪;沉渣厚度超声检测信号处理技术研究及应用[D];山东科技大学;2010年
2 殷复莲;同步CDMA系统NBI识别及抑制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 吴冬梅;基于达芬振子的微弱信号检测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 邓志鑫;基于因子图消息传递算法的伪码快速捕获方法[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 刘文海;水下被动目标瞬态特征检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 宫宇;基于STBC-OFDM技术的海上移动通信新框架体系的研究[D];大连海事大学;2010年
8 苏晓宏;海杂波的特性分析与目标检测处理[D];大连海事大学;2010年
9 李晓明;ENVISAT卫星ASAR波模式数据海浪反演算法研究[D];中国海洋大学;2010年
10 赵晓丹;基于非先验函数系的信号识别[D];江苏大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李锦;基于声波的运动车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
2 黄正荣;基于振动波的高速公路车辆行驶状态辨识理论研究[D];南昌航空大学;2010年
3 史卫平;DInSAR技术及其在矿区地面沉降监测中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
4 张亮;基于小波变换与希尔伯特黄变换的心音信号分析[D];山东科技大学;2010年
5 陈磊;激光测风雷达回波信号处理技术的研究[D];长春理工大学;2010年
6 任泉;基于光纤传感的细纱小张力检测技术研究[D];浙江理工大学;2010年
7 蒋静;基于子空间的二阶统计量盲信道辨识算法研究[D];郑州大学;2010年
8 李卫鹏;正交小波变换支持向量数据描述方法在故障诊断中的应用研究[D];郑州大学;2010年
9 郑宁;离散分数阶Fourier变换算法的仿真研究及FPGA实现[D];郑州大学;2010年
10 李会臣;基于时频分析的齿轮故障机理及诊断研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 叶少华,周荫清;用真实IMU/GPS数据进行机载SAR运动补偿处理[J];北京航空航天大学学报;2005年10期
2 朱守保;罗强;闫常浩;;一种SAR在大斜视角情况下成像的改进算法[J];四川兵工学报;2011年03期
3 王冬红;刘军;张莉;;合成孔径技术在光学领域的应用[J];测绘与空间地理信息;2008年05期
4 陈云波;唐波;王丽娜;张明东;;合成孔径激光雷达频率稳定性问题研究[J];电波科学学报;2006年06期
5 刘国庆;黄顺吉;;星载合成孔径雷达多普勒参数的估计[J];电子科技大学学报;1993年05期
6 邬小青,朱兆达;同时运动补偿和雷达成象[J];电子学报;1991年01期
7 保铮,邓文彪,杨军;ISAR成像处理中的一种运动补偿方法[J];电子学报;1992年06期
8 王根原;保铮;;逆合成孔径雷达运动补偿中包络对齐的新方法[J];电子学报;1998年06期
9 保铮,王根原,罗琳;逆合成孔径雷达的距离─瞬时多普勒成像方法[J];电子学报;1998年12期
10 王俊,张守宏;微弱目标积累检测的包络移动补偿方法[J];电子学报;2000年12期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨科锋;移变双基地SAR特性与成像方法研究[D];国防科学技术大学;2009年
2 刘保昌;SAR解多普勒模糊与双基SAR成像算法研究[D];西安电子科技大学;2010年
3 安道祥;高分辨率SAR成像处理技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
4 邢孟道;基于实测数据的雷达成像方法研究[D];西安电子科技大学;2002年
5 唐禹;高分辨率SAR成像算法及实时处理技术的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2006年
6 张新;机载SAR实时成像处理算法的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2006年
7 张升康;双基地合成孔径雷达同步与成像算法[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2007年
8 张振华;双/多基SAR成像算法研究[D];西安电子科技大学;2007年
9 杨永红;星机双基地SAR成像机理与算法研究[D];电子科技大学;2008年
10 黄钰林;机载双基地SAR同步与成像处理研究[D];电子科技大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 任冬晨;双站合成孔径雷达技术的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2003年
2 肖靖;聚束SAR极坐标格式算法研究[D];南京航空航天大学;2004年
3 苗艳红;合成孔径雷达干扰效果的研究[D];西安电子科技大学;2004年
4 陈安;逆合成孔径雷达成像问题研究[D];南京理工大学;2004年
5 周峰;机载合成孔径雷达基于数据的运动误差分析及补偿研究[D];西安电子科技大学;2005年
6 李红波;收发分置SAR理论及相关技术研究[D];电子科技大学;2005年
7 邓彦;机载双基地SAR成像算法及相关技术研究[D];电子科技大学;2006年
8 刘林;机载双基地SAR运动补偿关键技术研究[D];电子科技大学;2006年
9 杨海光;双站聚束式合成孔径雷达分辨力特性及成像算法研究[D];电子科技大学;2006年
10 李琛;聚束模式SAR大场景成像算法研究[D];南京航空航天大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 臧博;郭睿;张磊;唐禹;邢孟道;;基于ISAIL稀疏性的相位校正算法[J];电子学报;2011年06期
2 臧博;张磊;唐禹;邢孟道;;逆合成孔径成像激光雷达低信噪比稀疏多孔径成像方法研究[J];电子与信息学报;2010年12期
3 臧博;郭睿;唐禹;邢孟道;;逆合成孔径成像激光雷达实包络成像算法[J];光子学报;2010年12期
4 臧博;陈士超;郭睿;唐禹;邢孟道;;星载逆合成孔径激光成像雷达空间碎片观测[J];空军工程大学学报(自然科学版);2011年04期
5 金晓峰;张鹏;刘春华;孙建锋;刘立人;;远距离高分辨激光成像雷达技术[J];激光与光电子学进展;2013年05期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 臧博;邢孟道;唐禹;郭亮;;激光成像雷达新体制和新方法研究[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(上册)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 雷翔;板条固体激光器光束净化控制技术研究[D];中国科学院研究生院(光电技术研究所);2013年
2 杨科;旋转式合成孔径雷达三维成像方法研究[D];西安电子科技大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 弋宁;合成孔径激光雷达成像仿真实验研究[D];西安电子科技大学;2011年
2 王海峰;多频段合成雷达成像技术[D];南京理工大学;2012年
3 杨旭阳;基于水下小型作业平台的声探测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
4 张玮;合成孔径激光雷达信号频率非线性研究[D];西安电子科技大学;2012年
5 羌晓丹;SAR极坐标格式处理波前弯曲补偿方法研究[D];南京航空航天大学;2012年
6 张格;激光成像雷达技术的研究[D];西安电子科技大学;2011年
7 王民航;稀疏成像方法及应用研究[D];西安电子科技大学;2013年
8 张倩;无人机载SAR运动补偿和高分辨率成像算法研究[D];电子科技大学;2013年
9 黄欢;双基前视SAR成像算法研究[D];电子科技大学;2013年
10 刘斌;机载SAR BP算法成像的运动补偿及GPU并行化实现研究[D];电子科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 房建成,万德钧,吴秋平;GPS动态定位的强跟踪卡尔曼滤波研究[J];东南大学学报;1997年02期
7 保铮,邓文彪,杨军;ISAR成像处理中的一种运动补偿方法[J];电子学报;1992年06期
8 王根原,保铮,孙晓兵;基于匀加速多普勒频率模型的ISAR成像[J];电子学报;1997年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 王根原;机动目标的逆合成孔径雷达成像研究[D];西安电子科技大学;1998年
2 罗琳;逆合成孔径雷达成像方法的实验研究[D];西安电子科技大学;1998年
3 廖学军;基于高分辨距离像的雷达目标识别[D];西安电子科技大学;1999年
4 卢光跃;逆合成孔径雷达(ISAR)成像技术的改进[D];西安电子科技大学;1999年
5 郑义明;SAR/ISAR运动补偿新方法研究[D];西安电子科技大学;2000年
6 程玉平;SAR成像中几个问题的研究[D];西安电子科技大学;2000年
7 穆冬;干涉合成孔径雷达成像技术研究[D];南京航空航天大学;2001年
8 雷万明;分布式卫星SAR系统侧视阵列处理成像研究[D];电子科技大学;2002年
9 刘培国;超宽带信号辐射与散射研究[D];国防科学技术大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 王君庭;机载SAR运动补偿研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
2 孙造宇;机载合成孔径雷达成像算法中几个问题的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
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5 赵存刚,陈光化,邹国良,赵波,舒海军;一种新的MPEG-2运动补偿VLSI结构[J];上海大学学报(自然科学版);2004年06期
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10 邓云凯;谭鸽伟;郑晓双;;一种宽波束机载SAR运动误差的时域补偿方法[J];系统工程与电子技术;2009年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 本报记者 胡洪森 左延鹊 梁靓 丁少将 范蓉;120Hz:有望全面升级为240Hz[N];中国电子报;2008年
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7 周童;恩智浦秀数字电视新技术[N];计算机世界;2007年
8 陈建华;DVD常见问题解答[N];中国电脑教育报;2001年
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10 海霞;康佳三大优势力拔运动高清市场头筹[N];中国高新技术产业导报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李文超;双基地前视合成孔径雷达运动补偿[D];电子科技大学;2012年
2 郭微光;机载超宽带合成孔径雷达运动补偿技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
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4 孙进平;机载聚束模式合成孔径雷达的成像算法研究[D];北京航空航天大学;2001年
5 郑晓双;机载合成孔径雷达运动补偿技术研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2007年
6 马长征;雷达目标三维成像技术研究[D];西安电子科技大学;1999年
7 江涛;同视域多帧视觉影像超分辨率重建技术研究[D];山东科技大学;2005年
8 贺志毅;合成宽带毫米波雷达导引头的理论及实现[D];航天第二研究院;2002年
9 刘达;基于双参考帧运动补偿的视频编码研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 常文革;UWB SAR系统设计与实现[D];国防科学技术大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王恒伟;嵌入式视频解码器运动补偿过程的数据布局优化[D];华中科技大学;2011年
2 汪玲;ISAR运动补偿技术研究[D];南京航空航天大学;2003年
3 顾广华;面向MPEG-4的视频对象分割与跟踪算法研究[D];燕山大学;2004年
4 苏虹;未知环境下移动机器人运动目标检测与跟踪系统的研究与设计[D];中南大学;2005年
5 高国鲁;AVS-M快速运动搜索算法的研究[D];浙江大学;2006年
6 于露;基于图像匹配的电子稳像技术研究[D];长春理工大学;2009年
7 赵建全;AVS硬件解码器中运动补偿部分的设计与实现[D];山东大学;2009年
8 宫婷婷;H.264运动估计与运动补偿技术的研究[D];西安建筑科技大学;2010年
9 李春澍;H.264视频解码系统中运动补偿过程VLSI研究与实现[D];浙江大学;2011年
10 杨丹;机载干涉合成孔径雷达运动补偿[D];西安电子科技大学;2011年
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