本文關(guān)鍵詞：高分辨率寬測(cè)繪帶合成孔徑雷達(dá)成像模式及算法研究

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【摘要】：合成孔徑雷達(dá)(Synthetic aperture radar,SAR)具有全天時(shí)、全天候?qū)Φ爻上衲芰�。全球資源監(jiān)測(cè)、大范圍地圖測(cè)繪等應(yīng)用常要求SAR同時(shí)具備高分辨率和寬測(cè)繪帶成像能力。這使得高分辨率寬測(cè)繪帶(High resolution wide swath,HRWS)成像成為未來(lái)SAR發(fā)展的一個(gè)重要方向。然而傳統(tǒng)SAR成像平臺(tái)及模式在獲得HRWS成像時(shí)均存在局限性。對(duì)采用傳統(tǒng)成像模式的星載平臺(tái)而言,高分辨率和寬測(cè)繪帶成像對(duì)方位向采樣率提出了相互矛盾的要求;機(jī)載平臺(tái)飛行高度低,無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬測(cè)繪帶成像。尋找新的成像平臺(tái)、提出新的成像模式、研究新成像模式下的信號(hào)處理方法等成為HRWS成像的主要研究方向。本文圍繞HRWS成像開(kāi)展研究工作。這些研究工作從不同的技術(shù)途徑解決HRWS成像問(wèn)題,具體如下所述。1.提出一種基于方位向波束切換的臨近空間慢速平臺(tái)HRWS成像模式。臨近空間平臺(tái)飛行高度適合于寬測(cè)繪帶成像。慢速平臺(tái)飛行速度為數(shù)十米每秒,高分率成像時(shí)所需方位向采樣率低,從而解決了高分辨率與寬測(cè)繪帶成像對(duì)方位向采樣率要求相互矛盾的問(wèn)題。然而臨近空間慢速平臺(tái)SAR采用傳統(tǒng)成像模式時(shí),緩慢的平臺(tái)移動(dòng)速度導(dǎo)致其成像效率非常低。本文提出一種基于方位向波束切換的成像模式以解決這一問(wèn)題。其基本思路為將待成像方位向場(chǎng)景劃分為數(shù)個(gè)子場(chǎng)景,同時(shí)將所需方位向采樣率提高相同數(shù)倍,在不同的方位向采樣點(diǎn),輪流照射不同方位向子場(chǎng)景,以提高成像效率。研究了方位向采樣率提高倍數(shù)對(duì)方位向子場(chǎng)景成像斜視角、成像質(zhì)量及整體成像效率的影響。2.研究了一種基于壓縮感知的Scan SAR高分辨率寬測(cè)繪帶成像方法。Scan SAR可獲得寬測(cè)繪帶成像,然而各子測(cè)繪帶方位向采樣不完整,存在方位向成像分辨率低的問(wèn)題。本文基于壓縮感知技術(shù),在場(chǎng)景稀疏的前提下,利用各子測(cè)繪帶不完整的方位向采樣數(shù)據(jù),重建出完整的方位向回波,解決其成像分辨率低的問(wèn)題。建立了Scan SAR子測(cè)繪帶方位向回波稀疏化表示的信號(hào)模型,提出了一種方位向回波隨機(jī)采樣的方法。3.提出一種具備短期重復(fù)訪問(wèn)功能的星載SAR高分辨率寬測(cè)繪帶成像模式。短期重復(fù)訪問(wèn)功能在監(jiān)測(cè)地面變化時(shí)具有良好的應(yīng)用前景。所提出的成像模式采用方位向前后兩個(gè)發(fā)射波束同時(shí)對(duì)地面進(jìn)行照射來(lái)實(shí)現(xiàn)重復(fù)訪問(wèn)。兩個(gè)發(fā)射子波束的回波在快時(shí)間域是重疊的;同時(shí)多普勒帶寬為傳統(tǒng)條帶模式的兩倍。為保證寬測(cè)繪帶成像,接收天線采用多相位中心方位向多波束(Displaced phase centermultiple azimuth beam,DPC MAB)的配置來(lái)降低方位向采樣率。方位采樣率的降低導(dǎo)致子波束的回波在二維頻域完全混疊。提出一種基于數(shù)字波束形成(Digital beamforming,DBF)的多波束多通道重建算法(Multiple beam multiple channel reconstruction algorithm,MBMCA)對(duì)完全混疊的子波束回波進(jìn)行分離和重建。給出了一種星載系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了所提出成像模式及信號(hào)處理方法的正確性及有效性。4.提出一種基于子場(chǎng)景拼接的方位向?qū)拡?chǎng)景聚束SAR成像模式。所提出成像模式通過(guò)對(duì)方位向待成像場(chǎng)景劃分為多個(gè)子場(chǎng)景、分別對(duì)子場(chǎng)景成像及子場(chǎng)景圖像拼接,來(lái)彌補(bǔ)聚束SAR方位向成像場(chǎng)景小的不足。不同方位向子場(chǎng)景成像斜視角不同,方位向分辨率及待成像場(chǎng)景寬度的提高,均導(dǎo)致兩側(cè)子場(chǎng)景成像斜視角劇增。本文側(cè)重研究解斜接收下大斜視聚束SAR回波信號(hào)的聚焦問(wèn)題。提出一種時(shí)域去除距離走動(dòng)的擴(kuò)展的Frequency Scaling算法(EFSA),對(duì)EFSA的處理步驟進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN957.52
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本文編號(hào)：1245190