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冲激脉冲SAR成像理论与方法研究

粟毅  
【摘要】: 本文的主要内容是研究利用超宽带(UWB)/冲激脉冲SAR(ImpSAR)成像的理论与方法。根据目标散射中心模型,文中给出了ImpSAR的适用于远场应用条件的投影重建和应用于近场应用条件的波前重建成像方法。本文简要分析了目标电磁散射与ImpSAR成像有关的信号模型。经对冲激雷达旋转目标某一方向的回波信号的分析,得知它的频谱是目标散射函数频谱在对应方向被发射信号频谱加权了的一个切片。在此基础上,提出了基于回波时域信号的ImpSAR投影重建理论。根据这一投影重建理论,导出了ImpSAR目标投影重建的卷积-反投影算法及其近似算法-反向投影算法。本文利用点扩展函数推导了旋转目标成像在360°和小角度时的分辨率解析表示。对于一般成像条件,分辨率可根据本文的方法用数值计算的方法得到。不同于其它UWB信号,ImpSAR的辐射与接收有其特殊性,即信号的时空偶合,本文定量分析了时空偶合对ImpSAR成像的影响。当成像系统用于近场应用时,投影重建理论需要加以改进以加入电磁传播球面波波前的影响。为此,本文分析了ImpSAR波前重建理论。在此理论基础上讨论了基于付里叶变换的波前重建的频域重建算法,ω-κ众算法和Soumekh算法。通过理论分析,本文从波前重建理论导出了ImpSAR反向投影算法(B-P),证明了B-P算法等效于Soumekh算法。在小积累角或远场条件下,ω-κ算法与B-P等效。在对ImpSAR B-P算法分析的基础上,提出了改进算法以反映电磁传播的衰减和对合成孔径域的加权,这在近场应用中是非常重要的。另外,提出了便于实际应用的IQB-P算法。提出了一种快速B-P算法,纯反向投影算法(PB-P),分析与成像实验均证明了所提出的算法较之B-P算法在性能上有很大的提高。本文还分析了ImpSAR WB-P这一特殊的成像算法的方位分辨率。结果表明ImpSAR WB-P算法方位分辨率与利用点扩展函数(PSF)的分析结果基本一致,这也从另一方面证明了WB-P算法的有效性。本文的实验研究利用了时域瞬态场测量系统-UWB-MCE。利用本文所提出的几种算法对典型目标实验数据进行了成像处理与性能比较,结果表明了本文理论分析与所提算法的正确性和有效性。


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