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《西安电子科技大学》 2009年
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弹载合成孔径雷达成像算法研究

易予生  
【摘要】: 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像是一种全天时、全天候的微波遥感技术,它能够提供目标区域的高分辨率、高精度的二维图像。如果能通过装载在导弹上的SAR获取目标区域图像,则可进行目标检测,提取目标形状、尺寸等特征,进而能够对攻击点进行选择。利用该图像作匹配处理修正弹上惯导系统的长时间积累误差和初始定位误差,能够大大提高打击效率。因此,弹载SAR成像技术是导弹制导技术目前的一个重要发展方向。由于攻击目标以及规避敌方防空阵地等战术需要,导弹在飞行过程中往往要做一定的机动,在垂直方向存在一定的速度和加速度。这就使得现有的适用于机载、星载SAR等匀速直线运动的SAR成像算法对于弹载SAR平台不再有效。另外,在导弹飞行末段成像时,导弹的飞行方向和信号发射方向重合,目标的方位向和距离向存在耦合,这也为弹载SAR的成像带来了困难。本文就是结合导弹的运动特点分别对弹载侧视SAR、大斜视以及前视SAR的成像问题进行研究,主要的研究工作包括以下几个方面: 1)在分析SAR成像原理的基础上,针对弹载SAR平台俯冲加速运动的特点,建立了弹载侧视SAR成像的几何模型。通过该模型对目标斜距在单个孔径时间内随时间的变化关系进行了详细的分析,得到了距离随时间变化的一次、二次和三次分量。采用级数反演的方法推导了弹载SAR回波信号的二维频域的精确表达式,构造出了不同的补偿函数,从而提出了一种适用于弹载SAR俯冲加速运动下的成像算法。该算法采用全孔径处理并能够精确的校正距离徙动,仿真结果验证了该算法的有效性。 2)对于大场景目标来说,由于弹载SAR平台的俯冲加速运动,会造成较大的距离徙动,距离空变也是非线性的,补偿函数的距离空变也复杂的多,因而其成像难度较大。根据弹载SAR平台的运动特点,使用高阶逼近模型建立了SAR的回波信号模型。考虑到大场景下的距离空变问题,对目标斜距随时间的变化关系进行了详细的分析,并结合级数反演法得到了弹载SAR回波信号的二维频域的精确表达式。通过弹载SAR几何关系近似得到了距离空变量的解析表达式,在此基础上提出了一种适用于弹载SAR俯冲加速运动下的SR-ECS(Series Reversion-Extended Chirp Scaling)大场景成像算法。理论分析和实验结果表明,该算法能够对大场景进行成像并取得了较好的成像效果。 3)针对斜视角较大时,SAR成像结果发生散焦的问题,提出了一种改进的斜视成像算法。结合Chirp Scaling算法的优点,首先利用SAR系统和回波数据在时域内的特性在时域进行距离徙动校正,然后对信号进行CS变标处理,再在频域进行弯曲校正、距离压缩、二次距离压缩;在方位向匹配滤波时考虑了三次相位的影响,使方位向聚焦效果得到改善。通过对点目标和点阵目标分别进行了成像仿真,仿真结果验证了算法的有效性。同时,还对大斜视SAR成像过程中的几个问题进行了分析和说明。 4)从SAR成像原理上来说,要求其载体运动方向和波束的照射方向有一定的夹角。由于攻击目标的需要,导弹在飞行末段时转为前视成像阶段,目标位于导弹飞行方向的正前方。此时,导弹的飞行方向和雷达的照射方向一致,距离向和方位向存在严重耦合,在成像区域上存在固有盲区。基于“收发分置”的思想,提出了一种双站弹载前视SAR成像模型。发射机、接收机分别放置于飞机和导弹上。导弹处于半主动工作模式,不发射信号,只接收信号。通过对空间几何构型的分析,推导了双站弹载前视SAR系统模糊函数的表达式。结合该模糊函数,对双站弹载前视SAR的分辨率进行了分析。分析了双站几何构型和速度矢量对前视分辨率的影响。理论分析与仿真结果表明双站弹载前视SAR系统的分辨率不仅与发射信号带宽、合成孔径长度有关,还取决于双站的构型。 5)针对弹载SAR无法对飞行路线正前方进行高分辨率成像的问题,提出了一种双站弹载前视SAR成像方法。通过使用高阶逼近模型建立SAR的回波信号模型,推导了目标距离的数学表达式,结合级数反演法,得到了弹载SAR回波信号的二维频域的精确表达式,给出了各相位补偿因子表达式及算法实现步骤,从而完成了该双站弹载SAR前视成像算法。通过点目标的成像仿真验证了该算法能够完成弹载前视成像。
【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】:2009
【分类号】:TN958

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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6 刘志超;机载/弹载SAR成像研究及仿真软件设计[D];电子科技大学;2013年
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 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
3 肖洪兵;郭泽荣;;旋转弹载GPS自动跟踪系统设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 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
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7 杜运理;张亚丽;何镜;夏群力;;图像匹配制导技术在导弹精确制导中的应用[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
8 杨云志;黄顺吉;王建国;;星载合成孔径雷达原始数据压缩的实现[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
9 杨云志;黄顺吉;王建国;;可编程器件在合成孔径雷达量化编码中的应用[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
10 廖汉程;毛士艺;;SAR数字图像后处理系统的硬件与软件设计[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡智富;脉压雷达信号的识别与参数估计算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张涛;GPS/SINS超紧密组合导航系统的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 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
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨毅;FMCW雷达高度表数字信号处理技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
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9 支春阳;GPS航姿仪的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 杨慧;多传感器信息融合技术的研究与应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 孙兵;周荫清;陈杰;李春升;;基于俯冲模型的SAR成像处理和几何校正[J];北京航空航天大学学报;2006年04期
2 史洪印;周荫清;陈杰;;平飞模式机载双基地SAR动目标检测方法[J];北京航空航天大学学报;2009年08期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 黄晓芳;马仑;刘峥;;基于最小熵准则的弹载SAR成像算法[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 夏伟杰;合成孔径雷达回波仿真与图像模拟[D];南京航空航天大学;2010年
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7 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
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴浩杰;具有移变特性的星机双基地SAR成像算法研究[D];电子科技大学;2011年
2 朱江;弹载SAR实时处理技术研究[D];电子科技大学;2006年
3 张欢;基于实测数据的斜视SAR成像算法研究[D];西安电子科技大学;2006年
4 杨秀丽;合成孔径雷达干扰技术研究[D];西安电子科技大学;2006年
5 姚瑶;高分辨SAR杂波统计特性分析及应用[D];电子科技大学;2007年
6 武俊杰;双基地斜视合成孔径雷达成像技术研究[D];电子科技大学;2007年
7 李艳玲;宽带雷达目标回波信号检测方法研究[D];电子科技大学;2007年
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10 李建彬;弹载SAR实时成像系统设计与实验研究[D];电子科技大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 陈文英;陈玲;;合成孔径激光雷达技术及现状[J];电讯技术;2008年02期
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4 焦明连;蒋廷臣;;星载ScanSAR模式成像算法分析[J];全球定位系统;2009年04期
5 仇志华;李勇;毛新华;;一种基于无插值PFA的重叠子孔径成像算法[J];航空兵器;2009年05期
6 丁丁,王贞松,荆麟角,徐永健,谢列宾;星载ScanSAR成像研究[J];遥感学报;2002年04期
7 方科颖,黄巍,向敬成;基于多片ADSP-21160的R-D并行算法的实现[J];电讯技术;2004年05期
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9 张志禹;荣柱;;基于非均匀FFT的距离徙动算法[J];计算机工程与应用;2007年17期
10 白霞;袁运能;孙进平;毛士艺;;0.1米分辨率机载SAR系统的带宽实现和成像算法研究[J];电子学报;2007年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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7 李卓;陈杰;李春升;周荫清;;顶层电离层探测星载HF-SAR系统分析与成像处理方法[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年
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3 ;专家坐堂之数码篇[N];电脑报;2004年
4 胡文华;早期发现乳癌成为现实[N];中国医药报;2004年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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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 张大炜;机载SAR实时处理技术和FMCW-SAR成像的研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 卞英琳;合成孔径雷达成像模拟仿真系统[D];南京理工大学;2004年
3 黄晓芳;反舰导弹雷达导引头成像算法研究[D];西安电子科技大学;2006年
4 王晋君;图形处理器在锥束CT成像中的应用研究[D];首都师范大学;2009年
5 吕波;合成孔径雷达R-D成像算法研究[D];南京航空航天大学;2002年
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7 杨蒿;连续波合成孔径雷达成像技术研究[D];电子科技大学;2008年
8 刘伟;基于精确电磁建模的散射中心成像[D];电子科技大学;2008年
9 于慧;稀疏目标的关联成像算法研究[D];中国科学技术大学;2014年
10 张俊慧;微波无损检测及其成像算法的研究[D];沈阳工业大学;2004年
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