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非均匀立体构型分布式SAR层析成像技术研究

张福博  
【摘要】:分布式SAR层析成像技术利用多个SAR从不同高度对同一地面场景进行观测,在高度向形成一个大孔径,具有高度向的分辨能力,是近年来合成孔径雷达领域一个前沿且热门的课题。由于轨道动力学和相对摄动的影响,并考虑到多任务复用的要求,实际分布式小卫星多为非均匀立体构型,故基于非均匀立体构型分布式SAR的层析成像技术研究具有重要的实践意义。 经过分析,非均匀立体构型SAR和普通线阵SAR区别是其具有各个方向混合基线,而且基线非均匀,故基于非均匀立体构型分布式SAR层析成像技术需要研究的问题既包括经典层析成像中的去相关和图像配准问题,还包括其特有的混合基线和非均匀采样高度维聚焦问题,文中分别对这些问题进行了深入研究,并给出了解决方案,然后利用ALOS星载SAR实测数据和仿真数据验证了本文算法的有效性。文章最后分析了经典SAR层析成像的劣势,提出了高分辨层析成像的模型,给出了基于最小二乘缺失频谱估计的成像算法,实测星载SAR数据和仿真数据的处理结果验证了其可行性。 本文的创新工作如下: (1)针对图像配准中图像压缩和扭曲问题,分析了图像形变和干涉相位的关系,提出了基于相位估计变形补偿的图像配准方法,该方法能够实现图像整体的配准,大大增强图像配准过程中的抗干扰能力,星载SAR实测数据的实验结果验证了其有效性; (2)针对于立体构型混合基线问题,本文首次分析并推导了分布式SAR各方向基线对地面不同散射点干涉相位的影响,然后根据其结构的不同,分别给出了相位补偿和变量代换的修正方法,经过修正之后的地面干涉相位具有相似的结构,可以进行统一的相位补偿,提高了系统的稳健度,仿真实验的结果验证了其有效性; (3)针对于分布式SAR基线数量少且非均匀情况下的高度维聚焦问题,本文提出了基于信噪比加权的频域最小二乘APES算法,该算法能够在采样稀疏且非均匀情况下实现良好的谱估计,因此适合于处理上述高度维聚焦问题,利用本文算法对实测星载SAR数据进行处理获得了高精度的层析图像,验证了本文算法的有效性; (4)针对于经典层析成像分辨率难以提高的问题,从充分利用频谱资源的角度进行了探讨,本文首次分析了分布式SAR对复杂场景回波的频谱关系,建立了高分辨层析成像模型,提出了基于最小二乘缺失频谱估计的成像算法,利用星载SAR实测数据验证了本文理论和方法的有效性。


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