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超宽带合成孔径雷达高效成像算法

刘光平  
【摘要】: 超宽带合成孔径雷达(UWB-SAR)能够穿透叶簇和地表实现对隐蔽目标的精细成像,有着广泛的应用前景,高分辨率UWB-SAR图像的实时获取已成为成像雷达发展的一个重要标志,而高效成像算法又是它的关键和基础。 本文首先从SAR成像的原理出发,分析了SAR成像处理过程;指出传统SAR的高效成像算法只有在窄信号相对带宽、窄方位向处理角、窄条带宽度的条件下才能有效运用,大距离徙动给大处理角UWB-SAR成像带来了许多新的特点和难点,据此分析比较了各种成像算法,找出了适合UWB-SAR高效算法研究的基础。其次研究了一种与距离-多普勒算法类似的线性调频Z变换(CZT)算法,分析了有效测绘带宽度的问题;提出了一种改进的分块处理CZT算法,提高了对大场景高分辨率SAR成像处理的计算效率。然后针对Chirp Scaling(CS)类算法不能对参考点精确聚焦的问题,提出了一种改进的扩展CS(ECS)算法,实现了对UWB-SAR的高效成像;分析了CS操作产生的相位误差,提出在CS操作之前在二维频率域对信号加窗,除有效提高信号的峰值旁瓣比(PSLR)外,还可以提高图像质量,增加有效测绘带宽度。接着提出了一种快速后向投影算法(FBP),解决了BP算法计算量大的问题,给出了子孔径划分的条件。最后提出了一种改进的平面子孔径处理(PSAP)算法,解决了在UWB-SAR成像处理时,PSAP算法处理的数据交叠比很大的问题,提高了计算效率;改进了梯形变换,利用了信号的全部信息,提高了图像质量;给出了Fold FFT中窗函数的设计和实现方法;提出了用CZT结合FFT实现尺度变换,用尺度变换实现插值运算的方法,进一步提高了算法的计算效率。对研究的各种算法进行了仿真验证,并用实际UWB-SAR数据进行了成像,得到了满意的成像质量。


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