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机载高分辨SAR成像技术研究

孙晓晖  
【摘要】:本文介绍了作者在高分辨机载SAR的一些研究工作,重点涉及成像算法和运动补偿技术两个方面,通过仿真和实际数据进行了验证和对比,最终提出一种将运动补偿与FSA成像算法结合的方法,使得整个高分辨成像处理更具实用性。 首先从脉压理论和合成孔径原理出发,分析了SAR高分辨成像原理,说明距离分辨率取决于信号带宽,方位分辨率则取决于载机与固定目标相对运动时产生的具有线性调频性质的多普勒信号带宽决定,并通过脉压技术实现方位高分辨。 SAR成像处理可以分成距离压缩和方位压缩两部分,距离压缩是与方位向无关的一维处理,而方位压缩是与目标的距离徙动有关的二维相关处理,如何解决方位压缩中距离徙动的影响是SAR成像算法的核心,并导致了各种成像算法在成像质量和运算量上的差异。本文在分析和比较了几种常用机载SAR成像算法各自的果。性能和优缺点基础上,详细地对RMA及FSA算法进行了研究,并给出了仿真和实际成像结果。 具体的成像算法都是假定载机做匀速直线运动条件下进行分析的,但实际情况中,存在着各种运动误差,它们对成像的影响是不能忽略的。本文定量分析了各种相位误差对点目标成像的影响,并通过仿真进行了验证。接着,对载机运动误差带来的相位误差进行分析,提出了成像对运动误差的要求。运动补偿一般有两类方法,一类是利用GPS、惯性测量单元(IMU)以及惯导系统(INS)等测量值进行开环运动补偿的方法,另一类是基于回波数据的运动补偿方法。由于目前GPS和IMU/INS系统提供飞行运动数据准确性和数据率还不能满足高分辨成像的要求,因此,本文把运动补偿的重点放在了基于回波数据的杂波锁定技术和自聚焦技术上,且对常用的处理方法进行了介绍,并通过仿真和对比说明了各种处理方法的优缺点。 根据上述研究结论,本文提出了一种将运动补偿与FSA成像算法结合的方法,并通过实际数据验证这种成像处理方法可有效的解决常用自聚焦方法不能解决的空变误差。


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