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机载SAR实时处理技术和FMCW-SAR成像的研究

张大炜  
【摘要】: 合成孔径雷达作为一种先进的主动式微波遥感设备,在众多的空天探测平台中是应用最多和最广的对地监视雷达。合成孔径雷达的优越性能和全天候、全天时的工作能力使得SAR已成为世界注目的焦点和发展方向。随着近年来微电子技术和计算机技术的发展,采用数字技术进行SAR的实时成像处理得到了迅速发展,逐渐成为SAR设备不可或缺的功能之一。 本文以SAR实时成像处理技术作为主要研究方向,论文涵盖了SAR基本原理、实时成像算法、误差补偿方法、以及SAR实时处理技术的实现等内容。结合工程实践,着重对SAR实时成像系统中的一些理论和实现技术上的关键问题进行了研究。论文的内容主要围绕作者博士期间的科研工作而展开,力图在实现SAR实时成像的同时,使处理器的功能更加完善。同时作为博士期间的一项工作,论文也包含了对SAR采用连续波体制进行成像的部分理论研究工作。 论文首先分析了SAR基本理论与系统模型,研究了SAR实时成像系统中经常采用的几种成像算法,包括RD算法、CS算法以及StepTransform算法。对各种成像算法,研究了其成像原理并对其实时实现的方案和性能进行了分析和比较。同时针对成像处理中采用最多的FFT技术,研究了级联FFT在SAR成像处理中的应用,分析了原算法的缺陷,在此基础上提出了一种新的逆序级联FFT算法。同时针对StepTransform算法的缺陷,提出了改进的方法。 论文通过对雷达系统误差所带来的线性调频信号调频斜率的非线性对SAR系统成像的影响,研究了采用子孔径处理对调频斜率的非线性现象进行补偿的方法。然后分析了运动误差对SAR系统成像的影响,并结合飞行试验的结果,研究了径向运动误差对SAR系统成像性能的影响。同时对SAR系统中如何进行前向与径向运动误差补偿进行了分析和研究。 结合作者参与的SAR实时成像处理器工程实践,研究了在高性能DSP芯片TS101的信号处理平台及其组成的实时信号处理系统中,实现SAR实时处理的相关问题。结合工程中遇到的实际问题,研究了自适应思想在实时成像处理器中的实现问题,就自适应回波锁定、自适应预滤波和自适应图像量化进行了分析。同时,就SAR实时运动补偿中存在的问题进行了研究,并设计了实时成像处理中进行运动补偿的方案。针对整个SAR系统实时成像处理的实现,设计了采用RD算法进行SAR实时成像处理的方案,并就采用子孔径算法进行SAR实时成像的方案进行了研究。 论文最后研究了FMCW-SAR的成像原理,给出FMCW-SAR成像的系统模型。对FMCW-SAR在系统采样率、距离分辨率以及测绘带宽度等系统设计指标中与传统脉冲SAR存在的差异进行了分析,同时针对FMCW-SAR系统中的残留相位误差补偿和载机运动所带来的多普勒效应对成像的影响进行了研究;最后在脉冲SAR成像算法的基础上,研究了采用改进的RD算法和改进的波束域算法对FMCW-SAR系统进行成像的方法。


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