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《中国科学院研究生院(电子学研究所)》 2007年
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机载合成孔径雷达运动补偿技术研究

郑晓双  
【摘要】: 运动补偿是高分辨率机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像处理中不可或缺的一部分,已成为机载SAR领域的一个重要研究内容。论文介绍了机载SAR运动补偿技术的基本原理和实现方法,对基于数据处理的运动补偿技术进行了深入研究。基于数据处理的运动补偿技术分为两类:已知运动误差的运动补偿和未知运动误差的运动补偿。本文对这两类技术分别进行了研究。另外,论文还开展了用现场可编程门阵列(FPGA)实现实时运动补偿及成像处理的方案设计和硬件设计工作。论文主要内容包括五部分: (1)研究了五种典型的SAR成像算法,包括适于条带SAR成像的距离-多普勒算法(R-DA)、Chirp Scaling算法(CSA)和距离徙动算法(RMA),以及适于聚束SAR成像的极坐标格式算法和基于极坐标格式的重叠子孔径算法。对这几种算法的原理、实现流程作了详细介绍,并根据距离徙动量的大小对不同算法的适用范围和成像性能进行比较。 (2)对机载SAR运动误差的不同类型进行了详细分析,重点探讨了天线相位中心位置偏差引起的回波信号相位误差。定量分析了不同形式的相位误差对SAR图像质量的影响,并给出了相应的处理方法。最后对机载SAR的运动补偿技术进行分类。 (3)针对运动误差二维空变性的问题作了全面讨论,并对已知运动误差的运动补偿中包络校正、一次运动补偿、二次运动补偿、窄波束运动补偿和宽波束运动补偿的不同要求和补偿方式给予界定。研究了三种窄波束运动补偿算法:结合R-DA的运动补偿算法、结合CSA的运动补偿算法和结合RMA的运动补偿算法。同时对宽波束运动补偿技术进行深入研究和改进,提出了三种条带模式的宽波束运动补偿算法:频域逐块补偿算法、重叠保留分块运动补偿算法、基于频域分割的运动补偿算法和一种聚束模式的极坐标格式重叠子孔径运动补偿算法。其中频域逐块补偿算法采用频域补偿,对低频误差具有良好的补偿效果,同时取得了运算量和补偿精度的折中;后三种算法采用时域补偿的方式,能有效的补偿二维空变的低频和高频运动误差的影响。 (4)针对未知运动误差的运动补偿方法,主要研究了自聚焦。自聚焦方法包括三类:子孔径法、逆滤波法和基于代价函数的方法。文中重点介绍了逆滤波方法中的相位梯度自聚焦算法和基于代价函数方法中的最小熵算法。 (5)采用Xilinx的Virtex-Ⅱ系列FPGA设计并实现了星载SAR星上实时成像处理器,给出了点目标实测结果;设计了基于FPGA的机载SAR实时运动补偿和成像系统,应用单片Virtex-Ⅳ芯片实现,完成了128×128点数据的成像仿真测试。
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(电子学研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN958

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