【摘要】：星載合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar, SAR）因其全天時(shí)、全天候的全球觀測(cè)能力，受到了越來(lái)越多國(guó)家和地區(qū)的重視，在軍事偵察、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)星載單通道SAR存在最小天線面積限制，無(wú)法同時(shí)滿足高分辨寬測(cè)繪帶（High Resolution Wide Swath, HRWS）成像的要求：方位高分辨要求較高的脈沖重復(fù)頻率（Pulse Repetition Frequency, PRF），而寬距離測(cè)繪帶則要求較低的PRF。多通道結(jié)合數(shù)字波束形成（DigitalBeam-Forming, DBF）技術(shù)可克服這一限制，從而實(shí)現(xiàn)高分辨寬測(cè)繪帶SAR成像。 本文針對(duì)星載多通道HRWS SAR系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了成像處理的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。全文總體上分為兩個(gè)部分：第一部分主要研究了星載方位多通道高分辨寬測(cè)繪帶SAR成像處理技術(shù)，方位多通道SAR是目前高分辨寬測(cè)繪帶成像實(shí)現(xiàn)最多的體制，在保證距離測(cè)繪帶寬和距離模糊度要求的前提下，通過(guò)多通道DBF處理實(shí)現(xiàn)多普勒模糊抑制從而得到HRWS SAR圖像。隨著分辨率和測(cè)繪帶寬的提高，回波數(shù)據(jù)量也大大增加了，對(duì)星上存儲(chǔ)設(shè)備和傳輸鏈路等也提出了更高的要求，第二部分針對(duì)此問(wèn)題，研究了星載距離多波束HRWS SAR成像技術(shù)，該技術(shù)在保證其它性能參數(shù)的前提下，可大大降低回波采樣數(shù)據(jù)量，為未來(lái)星載HRWS SAR的實(shí)現(xiàn)提供了新的方案。 本文的主要工作可概括如下： 1.星載方位多通道HRWS SAR成像處理技術(shù) 本文第二章和第三章首先分析了星載方位多通道HRWS SAR回波信號(hào)模型，給出了兩種典型的成像處理方法，并針對(duì)星載方位多通道HRWS SAR成像的特點(diǎn)，開(kāi)展了以下研究工作： 針對(duì)星載方位多通道HRWS SAR系統(tǒng)，推導(dǎo)了三維坐標(biāo)系下接收通道的等效相位中心相位補(bǔ)償公式�，F(xiàn)有的方位多通道HRWS SAR成像算法均假設(shè)各通道接收回波補(bǔ)償一常數(shù)相位后可等效為參考接收通道的延時(shí)，但并未給出具體的補(bǔ)償公式，或只給出了兩維坐標(biāo)系下的補(bǔ)償值，也未考慮發(fā)射通道和接收通道間的垂直航向基線。本文所提方法充分考慮了發(fā)射通道與接收通道間的三維空間位置關(guān)系，同時(shí)補(bǔ)償了由沿航向基線和垂直航向基線引起的等效相位中心相位值，并對(duì)殘余相位誤差進(jìn)行了分析，指出當(dāng)接收通道與參考接收通道間存在垂直航向基線時(shí)，相位補(bǔ)償值存在一定的空變性。當(dāng)空變引起的相位誤差不可忽略時(shí)，可在距離壓縮后利用先驗(yàn)數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）輔助分塊補(bǔ)償。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提方法的精確性。 針對(duì)方位多通道HRWS SAR系統(tǒng)，對(duì)空時(shí)自適應(yīng)處理（Space TimeAdaptive Processing, STAP）法的處理性能進(jìn)行了分析。傳遞函數(shù)法和空時(shí)自適應(yīng)處理法是目前兩種典型的多普勒模糊抑制算法，前者已有大量文獻(xiàn)對(duì)其處理性能進(jìn)行了分析，并利用地基、機(jī)載和星載實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，卻鮮有文獻(xiàn)對(duì)STAP法的處理性能進(jìn)行分析�；诖�，本文首先從理論上分析了利用STAP進(jìn)行多普勒模糊抑制后的成像等效相位中心位置，驗(yàn)證了STAP的保相性和保幅性，經(jīng)多普勒模糊抑制后輸出回波可看作參考接收通道增加脈沖重復(fù)頻率后得到的無(wú)模糊回波，且各個(gè)方位時(shí)刻回波所對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星軌道位置由參考接收通道的位置決定，這為后續(xù)的干涉處理和目標(biāo)定位奠定了基礎(chǔ)。除此之外，本文還從不同于現(xiàn)有文獻(xiàn)且更利于理解的角度分析了STAP解多普勒模糊后的信噪比損失和方位模糊信號(hào)比，并利用仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，，當(dāng)PRF偏離均勻采樣時(shí)，相比其它模糊抑制算法，STAP的處理性能更優(yōu)，能更好地保留回波信號(hào)能量，抑制多普勒模糊。 針對(duì)方位多通道SAR系統(tǒng)，分析了通道誤差因素及其影響。利用DBF技術(shù)進(jìn)行多普勒模糊抑制要求各通道間的特性一致，但在實(shí)際情況中，由于加工工藝、運(yùn)行環(huán)境等的影響，通道間不可避免地存在誤差，此外，受測(cè)量?jī)x器精度的限制，通道位置也存在測(cè)量誤差�；诖耍覀兪紫葘�(duì)通道誤差因素進(jìn)行了分析，根據(jù)各誤差因素對(duì)DBF的影響將其歸結(jié)為通道幅度誤差、通道相位誤差和通道沿航向位置誤差，然后推導(dǎo)分析了通道誤差對(duì)HRWS SAR成像的影響，并利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明，通道相位誤差對(duì)DBF的影響最大，而通道沿航向位置誤差的影響相對(duì)較小，但也應(yīng)控制在厘米量級(jí)，通道幅度誤差可通過(guò)簡(jiǎn)單的通道均衡予以消除。與其它算法相比，STAP法具有更高的誤差容忍度。 提出了兩種方位多通道HRWS SAR系統(tǒng)通道誤差估計(jì)和補(bǔ)償方法。在實(shí)際情況中，通道誤差不可避免，為了提高HRWS SAR成像性能，必須對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，特別是通道相位誤差。針對(duì)方位多通道SAR系統(tǒng)，我們提出了兩種通道相位誤差估計(jì)方法：信號(hào)子空間法（Signal Subspace Comparison Method, SSCM）和天線方向圖法（Antenna Pattern Method, APM）。信號(hào)子空間法基于信號(hào)特征向量張成的空間（即信號(hào)子空間）與真實(shí)導(dǎo)向矢量張成的空間相同這一特性對(duì)通道誤差進(jìn)行估計(jì)。首先對(duì)利用回波信號(hào)估計(jì)得到的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征分解得到信號(hào)子空間，然后與利用系統(tǒng)參數(shù)得到理想的信號(hào)子空間相比較，從而得到通道相位誤差，與其它算法相比，該方法運(yùn)算量更小，且適用范圍廣。天線方向圖法假設(shè)觀測(cè)場(chǎng)景均勻分布，在此條件下，利用發(fā)射和接收天線方向圖對(duì)理想信號(hào)導(dǎo)向矢量進(jìn)行加權(quán)，然后與回波信號(hào)協(xié)方差矩陣對(duì)比，得到各通道間的相對(duì)相位誤差。天線方向圖法無(wú)須特征分解，運(yùn)算量小，但適用范圍受限。最后利用地基實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)兩種方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。 2.星載距離多通道HRWS SAR成像處理技術(shù) 本文第四章給出了一種新的高分辨寬測(cè)繪帶SAR成像技術(shù)。隨著分辨率和測(cè)繪帶寬的提高，回波信號(hào)的數(shù)據(jù)量大大增加，對(duì)星上存儲(chǔ)設(shè)備和傳輸鏈路的要求也隨之提高。基于此，我們針對(duì)距離多波束分時(shí)發(fā)射技術(shù)，給出了詳細(xì)的系統(tǒng)實(shí)施方案和處理方法，并對(duì)其距離模糊度（Range Ambiguity to Signal Ratio, RASR）等系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析。通過(guò)由遠(yuǎn)及近分時(shí)發(fā)射信號(hào)，各子波束回波將重疊在一起，這樣可大大縮短接收窗長(zhǎng)度，減小回波采樣數(shù)據(jù)量。然后利用DBF技術(shù)進(jìn)行子波束分離，最后采用傳統(tǒng)SAR成像方法即可得到高分辨寬測(cè)繪帶SAR圖像。當(dāng)觀測(cè)場(chǎng)景存在地形起伏時(shí)，可借助先驗(yàn)DEM進(jìn)行子波束分離。實(shí)驗(yàn)表明，現(xiàn)有的DEM精度（例如SRTM DEM的精度約為17m）所引起的誤差可忽略。最后利用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN957.52

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5 姚挺;張申生;王江春;朱挺杰;;虛擬現(xiàn)實(shí)中多通道實(shí)時(shí)手勢(shì)繪圖技術(shù)研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2006年01期

6 朱偉;陳曙;;基于DSP的多通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J];信息技術(shù)與信息化;2006年01期

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8 周靜雷;;基于虛擬儀器的揚(yáng)聲器功率試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];微計(jì)算機(jī)信息;2007年16期

9 張良;秦玲;劉承俊;章林文;;多通道可調(diào)脈寬脈沖發(fā)生器設(shè)計(jì)[J];電子技術(shù)應(yīng)用;2007年05期

10 李培玉;鄭俊;;基于多通道振動(dòng)信號(hào)的港機(jī)車輪軸承故障診斷[J];軸承;2007年09期

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1 王彥瑜;張建川;馬曉莉;姚向武;;用于硅多條探測(cè)器的40通道前置電荷靈敏放大器改進(jìn)[A];第七屆全國(guó)核儀器及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議暨全國(guó)第五屆核反應(yīng)堆用核儀器學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

2 梁炳和;葛為中;;多通道電阻率儀的研制和梯度電測(cè)深的應(yīng)用[A];中國(guó)地球物理·2009[C];2009年

3 肖英蓮;林金坤;彭穗;馬娟;陳e

本文編號(hào)：2586905