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移变双基地SAR特性与成像方法研究

杨科锋  
【摘要】:双/多基地SAR的发、收平台分置,能够实现比单基地SAR更多的功能,在高分辨率大测绘带成像、InSAR、GMTI等应用领域具有更为优越的性能和更强的灵活性。从双基地SAR的发展来看,具有一般意义双基特性的SAR系统(General bi-static SAR)的发、收运动矢量可以不同,比当前的平行等速双基地SAR更为灵活、可实现更多的功能,是未来双基地SAR发展的重要方向之一。但由于发、收速度矢量的方向和大小都可能不同,系统将具有方位移变特性,给系统实现和成像带来了新的问题,这些问题已成为近几年双基地SAR领域研究的热点。 本文将平行等速双基地SAR推广至非平行非等速的情况,以发、收速度矢量不同的双基地SAR为对象,研究了其特点和成像方法,这些研究成果可以应用到具有移变特性的一般双基SAR成像中。 第二章研究了一般双基地SAR的移变特性问题。从其空间几何模型和信号模型出发,分析了双基斜距历程及其方位空变特性,认为发、收速度矢量不同造成双基地SAR对不同方位目标成像几何的差异是造成信号方位空变的原因。然后根据分析结果推导了移变双基地SAR的多普勒参数和空间分辨率的计算公式,并分析了以上参数的空变特性,发现发、收速度比的变化对参数空变量的影响较大。 第三章建立了一种新的移变双基地SAR的高精度点目标回波频域模型。首先提出了瞬时多普勒贡献比这一全新概念,通过它把双基相位历程区分为发射和接收两部分,将双基中的“双根号和”问题转化为两个可直接应用驻相原理的单基问题。然后在此基础上建立了一种新的点目标回波频域模型,并与当前已有的几种频域模型进行了分析比较。结果表明,本建模方法物理意义明确,所得模型同时具有高精度、广泛适用性以及形式比较简洁的优势。点目标回波频域模型的建立为研究频域成像算法奠定了基础。 第四章基于前一章建立的高精度频域模型提出了一种移变双基地SAR的频率域Chirp-Z成像算法。通过对频域模型空变特性的分析,发现场景回波二维频谱具有尺度傅立叶变换特性,据此提出了应用两次逆Chirp-Z变换分别校正距离向和方位向的尺度及平移因子的成像方法,解决了移变双基地SAR成像中的二维空变问题。该算法只用到了傅立叶变换和复数相乘,是一种高效率的成像算法。 第五章研究了“发、收速度矢量不同”的典型实例-星机SAR成像相关的问题。分析了滑动聚束模式下发、收平台及目标间的几何特性与信号特点,所得结果为星机双基地SAR的参数选择和系统实现提供了依据。然后用所建立的成像方法对星机SAR进行了仿真成像,实验结果验证了模型和算法的有效性。 第六章基于本文频域模型的广泛适用性,解决了已有平行等速双基地SAR研究中在大双基角情况下频域模型精度不高的问题。并建立了适于大双基角、大斜视平行等速双基地SAR的波数域成像算法。推导了小斜视情况下高效率的双基CS成像算法。本文的模型和成像方法对进一步研究大斜视、大双基角SAR成像有重要的参考价值。


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