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机载合成孔径雷达的运动补偿研究

徐晓丹  
【摘要】: 合成孔径雷达(SAR)是20世纪最先进的工程发明之一。它能全天时、全天候、远距离提供高分辨雷达图像,不但对国防技术领域有重要的军事意义,而且对农林业、地质学、海洋生态学等民用领域具有现实的研究意义。 SAR是以“合成孔径” 原理和脉冲压缩技术为理论基础,以信号处理和精确运动补偿为前提条件的高分辨率成像雷达。SAR的载机在飞行过程中,不可避免地会偏离理想运动状态产生运动误差,直接引起雷达回波信号的相位误差,损害成像分辨率。因此必须对其误差进行补偿校正,消除对图像质量的影响,从而达到高分辨成像目的。 研究机载SAR运动补偿涉及众多的硬/软件,是目前国内外研究的前沿热门课题。由于可参考的技术资料甚少,研究有一定的难度。本研究以国防“十五”预研项目“‘3S’集成技术在雷达中的应用研究”为依托,并进行了实际调查,如去陕西阎良机场参加雷达机上现场数据采集;去SAR的研制单位考查;与清华有关学者探讨等。在此基础上对机载SAR运动补偿从理论到实现技术等方面进行了深入的研究。 本文共分六章。由于补偿是在成像后进行,进行运动补偿必须首先研究成像机理。因此前两章对合成孔径雷达的成像原理及关键技术进行了分析,研究了R-D成像算法。后三章分别就运动误差分析和补偿要求、运动补偿方案设计及运动补偿的算法实现进行了深入剖析和研究,提供了三方面的研究设计成果:1)剖析了运动误差出现的原因;研究了运动误差和相位误差之间的关系及对成像质量的影响;并确定了系统运动补偿精度要求。2)分析了捷联惯性单元(IMU)、惯性导航系统(INS)和全球定位系统(GPS)的组成特点;给出了对补偿精度的影响,进行了运动补偿方案反设计。3)对相位梯度自聚焦(PGA)算法进行了研究与实现,并利用SAR数据提取了目标响应的相位误差并完成了校正。 本文的第六章对全文内容进行了总结及对未来工作的展望。本研究为国防“十五”项目2003年和2004年的实际飞行试验提供了重要的科学依据。


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