高分辨率寬測繪帶(High Resolution and Wide Swath,HRWS)是當前合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)系統(tǒng)的一個主要發(fā)展方向,而其最常用的實現(xiàn)方式是方位多通道SAR。但是在實際的應用過程中,方位多通道SAR處理面臨多普勒譜重構(gòu),通道誤差校正等關(guān)鍵問題。此外,星載SAR系統(tǒng)在投入應用之前通常需要先經(jīng)過機載SAR試驗系統(tǒng)的驗證。與星載方位多通道SAR處理不同,機載方位多通道SAR處理面臨運動補償?shù)膯栴},同時也應該充分考慮運動補償對通道回波一致性的影響。此外,由于非平穩(wěn)運動的影響以及較小的斜距,諸多誤差源對機載SAR系統(tǒng)性能的影響較星載SAR系統(tǒng)更為復雜,同時一些星載系統(tǒng)中可忽略的誤差在機載平臺上也變得不可忽略。因此,對機載方位多通道SAR/干涉SAR數(shù)據(jù)處理技術(shù)開展系統(tǒng)性的研究具有重要的科研意義和工程應用價值。本文旨在提高機載方位多通道SAR處理的效率和精度,完善機載方位多通道SAR處理流程,主要開展了以下研究工作:(1)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)與重要概念闡述在本文的第一章中,回顧并總結(jié)了歷年來方位多通道SAR系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。第二章介紹了機載方位多通道SAR信號模型,分析了機載方位多通道SAR系統(tǒng)中運動誤差和通道自身誤差對通道一致性的具體影響及表現(xiàn)形式,最后給出了通道誤差模型的一般形式。(2)方位多通道SAR通道誤差校正技術(shù)通道誤差是影響方位多通道SAR系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素,因此對通道誤差的估計和校正是方位多通道SAR處理中必不可少的重要步驟。本文第三章針對機載方位多通道SAR系統(tǒng)中存在的通道不平衡問題,主要開展了以下研究工作:提出了一種基于距離譜分析的方位多通道HRWS SAR通道偏差穩(wěn)健估計算法。該算法首先通過對相鄰通道距離頻域回波進行共軛相乘和方位幾何平均,獲得其沿距離頻率的相位差異;然后,經(jīng)由相位解纏繞,加權(quán)多項式擬合等操作實現(xiàn)對常數(shù)相位項和線性相位項系數(shù)(對應通道時延偏差)的穩(wěn)健估計;最后,利用空間互相關(guān)系數(shù)理論,通過常數(shù)相位項估計值可以同時估計得到基帶多普勒中心和通道間相位偏差。該算法優(yōu)勢在于克服了相位纏繞和跳變的影響,能夠在實現(xiàn)通道距離時延偏差穩(wěn)健估計的同時得到基帶多普勒中心和通道幅度相位偏差。基于實測數(shù)據(jù)的實驗結(jié)果驗證了所提算法的正確性和精度。本文算法相比于傳統(tǒng)的多項式擬合法,距離配準方法,校正精度更高,穩(wěn)健性更好,能夠有效提升通道回波之間的相干性。為解決各接收通道間相位不一致的問題,基于雜波相消的理論提出了一種簡單有效的方位多通道HRWSSAR通道相位偏差估計算法。理論分析表明,對于選定的參考通道而言,其回波信號可以由其余通道信號構(gòu)造。在不考慮噪聲的情況下,當通道間相位偏差不存在時,該重構(gòu)信號和參考通道的實際信號完全一致。因此,可以通過最小化重構(gòu)信號和實際信號之差估計通道間相位偏差。該算法要求多通道系統(tǒng)中存在一個冗余接收通道,這在很多情況下是可以得到滿足的�；诜抡婧蛯崪y數(shù)據(jù)的實驗結(jié)果分別證明了所提算法的精度和有效性。性能對比實驗說明,相比于自適應加權(quán)最小二乘算法,該算法具有運算量和精度兩個方面具有明顯的優(yōu)勢。提出了一種全新的基于多普勒譜優(yōu)化的通道方位基線誤差估計算法。理論分析和仿真數(shù)據(jù)結(jié)果表明,在機載SAR系統(tǒng)下,即使是毫米量級的誤差,通道方位基線誤差對多普勒解模糊的性能也不能忽略。類似于通道相位誤差,通道方位基線誤差同樣會降低多普勒重構(gòu)的性能,從而使得信號能量沿方位頻率的分布更加均勻。基于以上事實,提出了一種基于多普勒譜優(yōu)化的通道方位基線誤差估計算法,該算法通過最大化多普勒帶寬內(nèi)外信號的平均功率比以估計通道方位基線誤差。機載實測數(shù)據(jù)的實驗結(jié)果證明了該算法的正確性。(3)方位多通道SAR多普勒參數(shù)估計技術(shù)多普勒中心和多普勒調(diào)頻率是SAR成像的重要參數(shù)之一,而且在方位多通道SAR處理中,通道相位偏差校正算法的精度依賴于準確的多普勒中心。但是由于方位多通道SAR系統(tǒng)的特殊性,常規(guī)的多普勒參數(shù)估計算法已經(jīng)不再適用。針對如何準確地估計多普勒參數(shù),本文在第四章開展了以下研究工作:首先分析了相鄰通道間的互相關(guān)系數(shù),得出了多普勒中心和通道相位偏差之間存在線性關(guān)系的結(jié)論,然后分析了多普勒中心偏差對多普勒重構(gòu)譜的影響�；谏鲜龇治鼋Y(jié)果,提出了一種基于最大化多普勒帶寬內(nèi)能量的基帶多普勒中心估計方法。該算法利用了相鄰通道的干涉相位信息,以多普勒中心表示通道相位誤差,通過優(yōu)化多普勒頻譜使得多普勒帶寬內(nèi)能量最大,從而有效地估計多普勒中心。實驗結(jié)果表明,與空間互相關(guān)系數(shù)法相比,本文算法具有相同的精度,且在通道空間欠采樣時表現(xiàn)更加穩(wěn)健。首先給出了距離徙動的一般形式,說明了基于距離徙動進行多普勒參數(shù)估計的可能�；谏鲜龇治�,提出了一種簡單有效的多普勒中心和多普勒調(diào)頻率估計算法。該方法首先利用空間互相關(guān)系數(shù)法估計基帶多普勒中心,然后根據(jù)方位非相干積累后距離差分信號方差最大的準則估計多普勒中心模糊數(shù),繼而得到準確的多普勒中心;然后在校正距離壓縮數(shù)據(jù)中的距離線性走動后,基于最大對比度等準則選擇強點目標,通過預處理、插值等操作提取出完整的距離徙動曲線并進行多項式擬合以獲得準確的多普勒調(diào)頻率。該方法簡單有效,且易于實現(xiàn)。此外,通過預處理、基于對比度準則的特顯選擇等操作可以有效地提高算法的精度和穩(wěn)健性。實驗結(jié)果驗證了算法的有效性。(4)機載方位多通道SAR/InSAR相干成像方位多通道SAR可以實現(xiàn)高分辨寬測繪帶成像,而地理測繪等應用更多地依賴于干涉SAR和極化干涉SAR。為了進一步的干涉及極化方面的研究,成像時必須充分考慮到保相性的問題,不僅包括同一天線各接收通道回波間的相位關(guān)系,也包括主輔天線間的干涉保相性。本文在第五章首先提出了一種簡單高效的方法以快速計算方位多通道SAR系統(tǒng)運動補償處理中的斜距誤差,然后提出了一種兩步精校正的方法用于校正隨方位、高程和距離空變的通道相位誤差,最后提出了一套完整的機載方位多通道SAR/InSAR相干成像流程。該流程充分考慮了機載方位多通道SAR處理的特殊性,給出了行之有效的運動補償方法和完善的通道誤差校正策略。實測數(shù)據(jù)證明,該方法在實現(xiàn)SAR圖像良好聚焦的同時,有效地保持了各接收通道間的相位關(guān)系,具有良好的干涉保相性。通過對比分析多通道成像干涉結(jié)果和單通道成像干涉結(jié)果,可知所提出的處理流程對相干性的影響較小,對干涉性能的影響可以忽略不計。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN957.52
【部分圖文】：

．和圖１．４給出了邋ＴｅｒｒａＳＡＲ－Ｘ邋ＤＲＡ模式下兩組數(shù)據(jù)獲得的ＳＡＲ圖像［＿３的數(shù)據(jù)照射區(qū)域位于西班牙巴塞羅那，圖１．４的數(shù)據(jù)照射區(qū)域位于夏，左側(cè)為單通道成像結(jié)采圖，右側(cè)為雙迎道成像結(jié)果圖。由圖１．３（ａ）和顯看出，由于方位欠采樣，回波數(shù)據(jù)發(fā)生了多普勒模糊，從而單通道成

（ａ）單通道處理結(jié)果邐（ｂ）雙通道聯(lián)合處理結(jié)果逡逑圖１．３邋ＴｅｒｒａＳＡＲ－ＸＤＲＡ模式下的巴塞羅那區(qū)域成像結(jié)果逡逑■Ｌ．：，：邋．：邋：Ｈ＇邐、：�。赍义希ǎ幔﹩瓮ǖ捞幚斫Y(jié)果邐（ｂ）雙通道聯(lián)合處理結(jié)果逡逑圖１．４邋ＴｃｒｒａＳＡＲ－ＸＤＲＡ模式下的毛伊島區(qū)域成像結(jié)果＿］逡逑（３）邋ＰＡＭＩＲ逡逑為開展多功能ＳＡＲ和動目標檢測（Ｍｏｖｉｎｇ邋Ｔａｒｇｅｔ邋Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ，邋ＭＴＩ）等各種研究，德逡逑國ＦＧＡＮ研宄機構(gòu)制造了一套名為ＡＥＲ－ＩＩ的帶有有源相控陣天線的四通道空中Ｘ波逡逑段ＳＡＲ系統(tǒng)［｜＿１１］。自１９９５年和１９９６年分別通過卡車實驗和飛行實驗以來，該系逡逑統(tǒng)在信號和圖像處理等領(lǐng)域作出了巨大的貢獻。但是，為了滿足日益增長的對未來偵逡逑察系統(tǒng)的靈活性和多模式的要求，ＦＧＡＮ接著設計并制造了一套名為ＰＡＭＩＲ（ＰｈａＳｅｄ逡逑Ａｒｒａｙ邋Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ邋Ｉｍａｇｉｎｇ邋Ｒａｄａｒ）的機載Ｘ波段相控陣多功能成像雷達ｆｌｌ２Ｈ１２２］，如逡逑圖１．５所示。作為ＡＥＲ的后續(xù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為滿足不同任務需求具備以下功能：三逡逑維成像

（ａ）單通道處理結(jié)果邐（ｂ）雙通道聯(lián)合處理結(jié)果逡逑圖１．４邋ＴｃｒｒａＳＡＲ－ＸＤＲＡ模式下的毛伊島區(qū)域成像結(jié)果＿］逡逑（３）邋ＰＡＭＩＲ逡逑為開展多功能ＳＡＲ和動目標檢測（Ｍｏｖｉｎｇ邋Ｔａｒｇｅｔ邋Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ，邋ＭＴＩ）等各種研究，德逡逑國ＦＧＡＮ研宄機構(gòu)制造了一套名為ＡＥＲ－ＩＩ的帶有有源相控陣天線的四通道空中Ｘ波逡逑段ＳＡＲ系統(tǒng)［｜＿１１］。自１９９５年和１９９６年分別通過卡車實驗和飛行實驗以來，該系逡逑統(tǒng)在信號和圖像處理等領(lǐng)域作出了巨大的貢獻。但是，為了滿足日益增長的對未來偵逡逑察系統(tǒng)的靈活性和多模式的要求，ＦＧＡＮ接著設計并制造了一套名為ＰＡＭＩＲ（ＰｈａＳｅｄ逡逑Ａｒｒａｙ邋Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ邋Ｉｍａｇｉｎｇ邋Ｒａｄａｒ）的機載Ｘ波段相控陣多功能成像雷達ｆｌｌ２Ｈ１２２］，如逡逑圖１．５所示。作為ＡＥＲ的后續(xù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)為滿足不同任務需求具備以下功能：三逡逑維成像，多極化／全極化成像，超高分辨成像，多通道成像等［１１３＞［１１６］。該系統(tǒng)可以形逡逑成五個接收通道

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