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SAR自聚焦技术及相干斑抑制算法研究

武昕伟  
【摘要】: 合成孔径雷达(SAR)利用以多普勒频移理论和脉冲相参为基础的合成孔径技术,突破了实孔径天线对方位向分辨力的限制,与脉冲压缩技术相结合,实现了远距离目标的二维高分辨成像。本文就SAR信号处理中有关成像算法、自聚焦技术及相干斑抑制方面的内容进行了研究。文中大多数算法都给出了真实数据或仿真数据处理结果,以利于各种方法的比较。 论文第一章对SAR成像的原理及两种典型的成像算法进行了介绍,列举了SAR成像的特点和部分应用,回顾了SAR成像技术的发展历史,对SAR技术的国内外现状进行了综述,并分析了机载SAR的发展趋势。同时,介绍了SAR图像自聚焦和相干斑抑制处理及其发展现状,指出自聚焦过程实际上是一个盲解卷积问题,而相干斑抑制是一个图像复原问题,对这类逆问题的求解需要附加假设或限定。 论文第二章详细分析了各种相位误差的来源及它们对图像产生的影响,对几种现有的自聚焦算法进行了描述,指出实际应用过程中应该注意的问题。针对相邻强目标导致的相位梯度自聚焦算法(PGA)收敛速度下降,提出了一种加权平均相位误差估计方法。实测数据处理结果表明,在达到PGA处理效果的同时,该方法有效地减少了迭代次数。在对比度最大化自聚焦算法的基础上,提出了基于图像熵最小准则的自聚焦算法。仿真结果表明,利用熵作为衡量图像聚焦与否的尺度,较对比度更趋合理。实测数据结果显示,对比度最大化与最小熵准则自聚焦的视觉效果基本相同。在高分辨成像情况下,基于图像像素强度服从非高斯分布的假设,提出了一种基于三阶累积量的自聚焦方法。实测数据处理结果验证了该方法的可行性。最后,对各种方法进行了比较,指出自聚焦的性能依赖于具体的成像场景及相位误差特性。 论文第二章还详细分析了条带模式与聚束照射模式之间的区别及联系,提出了一种基于聚束照射SAR成像算法实现条带数据处理的方法,对成像区大小的选择作了分析,推导出成像区长度与滤波器带宽应当满足的关系式,并用实测数据进行了验证。在数据转换的基础上,给出一种PGA用于条带模式SAR图像自聚焦的方法,实测数据处理结果验证了该方法的有效性。 论文第三章深入分析了相干斑噪声的统计特性,介绍了多视处理和几种典型的空 SAR自聚焦技术及相干斑抑制算法研究 域滤波方法。在小波变换软阂值去噪方法的基础上,利用隐马尔可夫模型理论,提出 了一种新的基于小波域统计滤波的相干斑抑制方法,并用仿真图像和实测数据机载 SAR图像对几种方法的性能进行了定量和定性比较。实验结果表明,基于小波域隐马 尔可夫模型的相干斑抑制算法有效地提高了等效视数,保持了原始图像的空间分辨 率,较其它方法具有更好的视觉效果。 论文第四章对全文工作做了总结,指出了需要进一步研究的问题。


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