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SAR成像中几个问题的研究

程玉平  
【摘要】: 合成孔径雷达能全天候、全天时地提供高分辨率的雷达图像。合成孔径雷达 (SAR)成像已经广泛应用于军事及国民经济的许多领域,如军事侦察、环境监测、 土地资源管理等方面。本文就是围绕合成孔径雷达成像算法及应用展开研究,讨论与 之相关的多普勒参数估计、大斜视角雷达成像、各种成像算法性能分析及应用等方面 的问题。主要内容概括为: 第一章:绪论,论述了研究的目的、背景和意义。 第二章:针对星载合成孔径雷达的多普勒中心频率估计时,景物有只通过部分波 束的强散射点造成平均功率谱扭曲的问题,提出了基于时频滤波的多普勒中心频率的 估计方法,该方法有效地克服只通过部分波束的强散射点的影响,从而提高多普勒中 心频率的估计精度。本章还引入一种熵来刻画雷达图像的聚焦程度,并用它来进行多 普勒调频率的估计,该最小熵方法具有运算量小的特点,对多普勒调频率的估计精度 也较高。本章最后结合星载SAR实测数据,并利用我们提出的方法估计出的多普勒 参数对实测数据进行成像,得到了满意的雷达图像。 第三章:分析了机载SAR大斜视角下雷达回波的特点,提出了一种对大斜视角 数据成像处理的方法。该方法中我们提出了大斜视角时域的距离走动校正的方法;针 对时域距离走动校正引起的距离走动校正后散射点可能跨聚焦深度的问题提出了分 段处理距离走动校正和成像的方法。针对大斜视角下散射点回波多普勒信号的变化。 提出了多普勒信号的高阶近似。最后进行了实验仿真。 第四章:利用E-SAR雷达的原始数据,对机载SAR数据的特点进行分析。分析 发现机载雷达具有有效孔径往往较大而实际中只须利用部分孔径的数据就可以获得 很好的方位分辨率的特点,在这种情况下的成像要克服雷达图像的几何形变较大、散 射点具一定的距离徙动以及部分孔径数据的方位聚焦等问题。本章在分析已有快视处 理方法的基础上提出了一种改进的CS成像处理方法,它不须单独的几何形变校正, 而是利用CS操作原理完成几何形变校正,同时又完成距离徙动校正,而在方位聚焦 时利用谱分析的Dechirp技术。这样处理利用了CS算法的高效性,在完成距离徙动 和几何形变校正的同时并不引起运算量的增大。本章最后对这两种方法实际成像结果 进行了分析比较。 第五章:参考频率的选择是非线性CS算法中的一个重要问题,本章在对非线性 CS算法进行了深入分析的基础上,提出实际应用中非线性CS算法参考频率的选择 -11.$ F 一 的依据。针对非线性CS算法在处理大斜视角数据随斜视角而尺度拉伸的问题,提出 了多视角实尺度校正的归一化处理方法,为大观测角雷达成像多视处理提供了一种可 行的方法。 第六章:对CS类成像算法相位近似,及其随不同斜视角的相位近似误差进行了 研究。CS类成像算法的核心就是CS操作,CS操作的本质是通过相位的改变达到 对包络的移动,从而进行距离徙动的校正。但CS操作一方面使散射点回波的相位发 生变化从而经过压缩后使散射点的距离位置发生变化,这是我们需要的:另一方面 CS操作对散射点回波信号的包络产生影响从而影响聚焦效果。基于此本章还研究了 CS类成像算法的CS操作对包络的影响。 第七章:对极坐标格式算法和距离徙动算法成像的机理进行比较分析和仿真研 究。对极坐标格式算法在不同情况下成像的性能进行分析,并与精确聚焦的距离徙动 算法进行比较。通过对PFA算法的误差分析,揭示了影响PFA算法对散射点聚焦的 原因,为实际中PFA算法的选择和应用提供参考。 最后,对全文工作进行了总结和对SAR成像工作进行了展望。


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