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分布式卫星SAR系统侧视阵列处理成像研究

雷万明  
【摘要】: 合成孔径雷达是现代高新技术的产物,现已广泛应用于民用和军事领域,带来了巨大的社会效益和经济效益。随着应用的需要,对SAR的成像质量和应用范围提出了更高的要求,要求SAR不但能实现地面静止目标和运动目标的二维高分辨力成像,而且还能实现三维成像。单星SAR是通过将时间转换成空间来获得高分辨力成像的,成像质量和应用范围都受到一定的限制,由群聚SAR卫星构成的分布式卫星SAR系统具有空间-时间特性,两者的结合将会使分布式卫星SAR具有更多的功能和更高的图像质量。 本文的研究基于课题“分布式卫星SAR系统侧视阵列处理成像研究”,主要研究正侧视模式下利用分布式卫星SAR系统构成的侧视阵列进行地面目标的二维成像问题,本课题是——“分布式卫星SAR系统总体技术论证”的子课题。这个方面的研究无论国内还是国外都才刚刚起步,因此本文的研究工作具有重要意义。 分布式卫星SAR系统是由多颗SAR卫星组成的系统,当整个系统工作于正侧视模式时,如果将每颗SAR卫星视为一个传感器,则分布式卫星SAR系统构成一个侧视阵列。利用侧视阵列的回波数据具有空间-时间特性或空间-频域特性,通过侧视阵列处理成像,可提高地面静止目标的成像质量和实现运动目标成像。本文对侧视阵列处理成像进行了深入研究,主要内容可归结到以下几点: 1.距离徙动是星载SAR成像中必然出现的现象,不同的成像算法有不同的距离徙动校正方法。针对许多成像算法需在距离-多普勒域校正距离徙动,本文详细地分析了地球自转产生的距离徙动和方位波束斜视产生的距离徙动在距离-多普勒域的差异,以及距离徙动的时域和频域校正对成像质量的影响,并对常用的星载SAR成像算法进行了分析。 2.图像的空间相关系数与两个星载SAR所成图像是否为同一地域的不同视角图像有关,而图像的视相关系数关系到相干斑的抑制效果。针对分布式卫星SAR系统,本文详细地分析了图像的空间相关性和图像的视相关性,以及分布式卫星SAR中单星SAR回波的特性,提出了利用回波的多普勒特性实现单星SAR成像的算法。 3.工作于正侧视模式的分布式卫星SAR系统是侧视阵列系统,每个星载SAR 的回波信号具有空间-时间特性。通过将空间和时间特性结合起来,基于侧 视阵列的数据为复图像,本文提出了侧视阵列的非相干处理、波束形成处理 以及彼束形成与非相干处理相结合的成像算法,并就每种算法对成像的质量 的改善作了定性分析。 4.SAR的距离分辨力和方位分辨力分别由距离向信号和方位向信号的带宽决 定,而距离向信号和方位向信号的带宽诀定了回波谱的带宽,因而SAR的 分辨力由回波谱带宽决定。针对侧视阵列中不同星载SAR具有不同的方位 向和距离向回波谱,本文详细地分析了方位回波谱和距离回波谱与方位和距 离分辨力的关系,提出了侧视阵列中通过方位回波谱拼提高方位分辨力,以 及通过距离回波谱拼接提高距离分辨力的算法。 5.当SAR应用于运动目标成像时,杂波是影响运动目标检测和参数提取的关 键因素,运动目标的成像算法本质上就是杂波的抑制算法。本文详细地分析 了侧视阵列中,地面目标回波的空间-时间特性以及空间-频域特性,基于侧 视阵列的数据为距离压缩后的数据,提出了利用侧视阵列中信号的空间-频 域特性,进行杂波抑制和运动目标检测,实现运动目标成像的算法。当目标 的运动速度较慢时,还提出了基于侧视阵列处理的慢速运动目标成像算法。 分布式卫星SAR的研究属国际上的前沿领域,相信本文的研究工作对分布 式卫星SAR的研究具有一定的参考和应用价值。


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