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机载高分辨超宽带合成孔径雷达运动补偿技术研究

薛国义  
【摘要】: 机载低频超宽带合成孔径雷达(UWB SAR)具有探测隐蔽在叶簇或浅地表覆盖下的目标,对其高分辨成像的能力,军事应用潜力巨大。然而,载机的非理想运动给UWB SAR回波带来了严重的相位误差,直接影响高分辨成像能力,有效的运动补偿技术对高分辨成像至关重要。本论文以装备预研项目为背景,从以下几个方面对机载UWB SAR运动补偿开展了较深入的研究: 首先,研究了在获得了载机运动参数情况下的UWB SAR视线误差补偿方法。论文着重研究了视线误差对UWB SAR成像中的距离迁徙校正影响问题,推导了包含视线误差的点目标二维频谱,并在子孔径视线误差补偿算法的基础上,推导出一种在距离多普勒域、距离迁徙校正前补偿视线误差的新补偿算法,点目标仿真结果验证了该算法在连续大面积实时成像时的优越性。 其次,研究了目前国内机载组合导航系统测量精度不高,不能满足UWB SAR高分辨成像需要时的运动补偿方法。针对UWB SAR特点,论文提出了一种结合全球定位系统(GPS)实时信息和改进MD自聚焦的运动补偿方法,并基于实测数据,提出了几点提高改进MD估计精度的措施。两段实测数据处理的结果验证了所提方法的有效性。论文中还深入分析了该补偿方法中的几个问题,给出了UWB SAR中MD子孔径划分应满足的条件。 然后,深入研究了适合UWB SAR回波特点、以对比度最大为聚焦准则的自聚焦算法。对已广泛应用的对比度最优自聚焦算法进行改进,使其满足实时运动补偿的需要,实际数据处理结果验证了该改进算法的有效性;借鉴频域PACE算法思路,提出一种在时域提取回波中高次多项式相位误差的TD-PACE算法,实际数据处理结果验证了该算法的有效性:针对PACE算法的不足,提出一种减小计算量的IPACE算法,实际数据处理结果表明,IPACE算法执行效率较PACE大幅提高,而聚焦效果相当。论文中还比较了IPACE和PGA聚焦UWB SAR图像的能力,实测数据处理结果表明,IPACE聚焦效果较PGA更好。 最后,结合无人机特点,设计了一种适合无人机UWB SAR高分辨成像要求的低成本运动补偿方案。该方案利用互补滤波器融合GPS接收机输出的速度和单轴加速度计输出的加速度,对UWB SAR回波粗补偿,利用自聚焦进行精补偿。论文中推导了加速度计输出的有用加速度表达式,分析了天线平台稳定精度对加速度计输出的影响,并用仿真数据验证了该补偿方案的有效性。


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