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弹载SAR成像算法的分析与仿真

周振宇  
【摘要】: 合成孔径雷达是二战以后发展起来的一种高分辨雷达,在军事和民用方面都具有重要的应用价值。 本文介绍了从合成孔径雷达技术出现以来国内外的发展情况,展望了合成孔径雷达在今后的发展过程中的发展趋势以及今后应用的广阔前景。 从机载合成孔径雷达成像的基本原理入手。介绍了合成孔径雷达回波数据的仿真,说明了随着载机运动而导致同一目标的回波数据延迟时间的变化的关系。介绍了距离-多普勒算法的基本原理,详细说明了合成孔径的由来,方位高分辨率的产生,通过脉冲压缩方法实现了距离向的高分辨率。详细介绍了一种较为先进的合成孔径雷达成像算法——Chirp Scaling算法。通过该算法的流程介绍了该算法的基本原理。 接下来本文介绍了弹载合成孔径雷达成像的基本原理。针对空对舰导弹的情况,介绍了合成孔径雷达技术用于导弹制导的方案。介绍了弹载SAR实现方位高分辨的原理。从原理上阐明了此类弹载SAR的成像重点是针对导弹的运动补偿。 采用一段某地某场景SAR回波数据对机载合成孔径雷达成像的算法进行验证。首先,采用距离-多普勒算法对该段回波数据进行成像,验证了该算法的有效性,并得出该段数据对应的SAR图像。接着,针对Chirp Scaling算法进行成像的仿真,从原理上熟悉CS算法的过程。然后采用CS算法对该段实测数据进行成像,检验CS算法的有效性,并得到CS算法得到的SAR图像。最后,本文对RD和CS算法所得的SAR图像进行比较,得出CS算法优于RD算法的结论。 对于弹载SAR成像的仿真,本文建立了一个空对舰导弹的飞行模型,并在此模型下对弹载SAR进行成像仿真。首先,针对单一目标情况进行成像仿真,运用相关法对回波数据进行运动补偿,得到SAR图像。接着,针对多目标情况进行成像仿真,引入了提取关键点的运动补偿方法。然后,采用弹上的惯导数据对回波进行运动补偿,并与相关法的运动补偿效果进行比较。最后,本文针对导弹飞行在不同阶段的不同飞行情况进行成像仿真,研究了在大转角条件下的成像效果及现在弹载SAR存在的问题。 最后总结了全文所取得的结论,分析了各种合成孔径雷达成像方法的性能。针对弹载SAR的情况分析了本文所取得的成果,并对其进行了讨论。


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