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临近空间慢速平台SAR运动补偿技术研究

王晓峰  
【摘要】: 临近空间,一般指距地面20~100km之间的空域,对于情报收集、侦察监视、通信保障等有重要意义。由于平台的新特点,使得临近空间慢速平台SAR系统在探测精度、留空时间、覆盖范围等方面具有比空基SAR及天基SAR更优越的性能和更强的灵活性。但平台的非理想运动破坏了雷达回波信号的相干性,造成了区域散焦,为了实现高分辨成像,就必须对其运动误差进行补偿校正。 本文借鉴机载SAR运动补偿研究方法,针对临近空间慢速平台特点,研究了相位误差对成像质量的影响,指出天线相位中心平移运动误差是运动补偿的重点和难点。在建立运动误差模型的基础上,根据高分辨率成像所要求的各项性能指标,得到了平台运动误差的补偿精度要求。 运动补偿是SAR高分辨率成像的关键,包括基于测量仪表和回波数据的运动补偿。本文研究基于测量仪表的运动补偿:重点分析了瞄准线方向运动误差对回波二维频谱的具体影响及运动误差引入的空变效应,指出距离向运动误差可以分解成空不变项和空变项,可通过一阶和二阶运动补偿的方法对两类误差分别进行校正。研究了结合运动补偿的改进RD算法原理、实现及其局限性,基于此提出临近空间慢速平台SAR基于SCFT算法的运动补偿方法,通过仿真验证了该方法的正确性。最后,通过对两种算法结果评估,指出结合SCFT算法的运动补偿效果优于改进的RD算法。 为了得到精确的平台位置测量参数,从而保证运动补偿精度,本文利用加权最小二乘估计法和CDGPS/INS组合卡尔曼滤波估计法进行惯性测量系统误差校正。指出加权最小二乘估计法存在的局限性,阐述CDGPS/INS的优势,通过仿真得出CDGPS/INS组合系统误差校正可使三维定位精度达到厘米级,优于加权最小二乘估计法。


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