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机载超宽带合成孔径雷达实测数据成像处理技术研究

王亮  
【摘要】: 机载低频超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)具有穿透叶簇和浅地表实现对隐蔽目标成像的能力,能够对宽幅面、大场景区域进行远距离侦察,军事应用潜力巨大。本论文以国防预研项目为背景,针对现有实测机载P波段UWB SAR数据成像处理中所面临的问题,围绕宽幅成像算法、运动补偿和图像干涉三个方面展开了深入研究,取得了有益的成果。 在宽幅UWB SAR成像算法方面,论文着重研究了SAR成像处理中的相位近似问题,提出了两种P波段宽幅UWB SAR成像的一致聚焦子测绘带划分方法:残余耦合相位法和距离谱特性法。为将理论研究结果实用化,论文还研究了UWBSAR中非正交旁瓣的产生原因和加变口径窗抑制的方法,加窗后的回波有更大的耦合相位容忍度,增加了一致聚焦测绘带的宽度,所得结论可用于指导宽幅UWBSAR分段成像。 在UWB SAR运动补偿方面,论文分为低阶运动补偿和残余运动补偿两章来研究。为适应UWB SAR子孔径模型的多普勒参数距离空变性,提出了距离向分块估计多普勒调频率,联立稀疏矩阵方程求解Y方向加速度的算法。针对实测UWBSAR回波多普勒参数估计中的几个问题,给出合理分析与解释,提出图像偏置算法实现的几点经验手段和确定子孔径大小的方法。为满足UWB SAR子孔径残余相位误差模型的特性,提出以估计两个空不变因子为目的的加权相位梯度自聚焦算法。上述研究成果已由实测机载UWB SAR数据验证。 在UWB SAR图像干涉方面,论文首先从原理上分析了UWB InSAR与一般窄带InSAR相比的优势所在,总结了UWB InSAR技术的难点。然后以实现一段实测重航过机载UWB SAR图像的干涉为目的,研究了图像配准、预滤波和干涉相位图估计等有关问题。其中,提出了基于局部自适应自相关函数估计的二维实图像插值算法解决二维复图像插值问题;提出对联合自相关矩阵进行加权处理的措施,改进了基于联合子空间投影的干涉相位图估计算法;分析了时变基线形成方位向平地效应的原理,推导出干涉相位方位谱峰值偏移量公式。最后完成了UWBSAR图像数据的干涉,得到与实际地形情况的理论预测结果相吻合的干涉相位图。


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