本文關(guān)鍵詞：電離層對(duì)P波段星載SAR成像影響分析與研究

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【摘要】：近幾年星載合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)體制得到迅速發(fā)展,其中P波段星載SAR由于其對(duì)地表和植被的強(qiáng)穿透性,受到國內(nèi)外研究學(xué)者的重視。但是當(dāng)電波信號(hào)穿過電離層進(jìn)行傳播時(shí),空間電離層效應(yīng)會(huì)使其發(fā)生改變。特別是P波段,電離層效應(yīng)尤其嚴(yán)重,這些是制約P波段星載SAR發(fā)揮其效能的主要因素,而針對(duì)電離層對(duì)SAR系統(tǒng)成像性能的影響、分析及誤差補(bǔ)償技術(shù)等成為目前研究的熱點(diǎn)。作為研究工作的基礎(chǔ),本文在電離層電波傳播理論的基礎(chǔ)上,對(duì)電離層影響下P波段星載SAR成像質(zhì)量和誤差補(bǔ)償方法進(jìn)行系統(tǒng)研究,主要從以下幾個(gè)方面開展具體的研究工作：(1)基于麥克斯韋方程,推導(dǎo)出電離層對(duì)電波信號(hào)延時(shí)的影響；然后利用Klein-Gordon方程和星載SAR成像理論,分析了成像過程中電離層對(duì)模糊函數(shù)的影響,解釋了脈沖壓縮后圖像質(zhì)量下降的原因；最后推導(dǎo)出背景電離層和不規(guī)則體擾動(dòng)影響下,線性調(diào)頻信號(hào)新脈寬和調(diào)頻率的計(jì)算公式。(2)用建模仿真的方式系統(tǒng)分析電離層對(duì)SAR信號(hào)和成像質(zhì)量的影響規(guī)律,并用點(diǎn)目標(biāo)成像結(jié)果,驗(yàn)證了理論分析和建模仿真的正確性,為后面誤差補(bǔ)償算法的研究提供依據(jù)和支撐。從兩個(gè)方面研究電離層效應(yīng)對(duì)SAR回波信號(hào)和成像質(zhì)量的影響：①色散效應(yīng)對(duì)星載SAR距離向分辨率、圖像位置、峰值旁瓣比、積分旁瓣比、峰值功率等影響；②閃爍效應(yīng)對(duì)星載SAR方位向分辨率、峰值功率、峰值旁瓣比、積分旁瓣比等影響。(3)研究三種由于背景電離層總電子量(Total Electron Content, TEC)導(dǎo)致的色散誤差補(bǔ)償方法。通過理論推導(dǎo)和建模仿真的方式,利用最大對(duì)比度自聚焦和隨機(jī)并行梯度算法實(shí)現(xiàn)了星載P波段SAR色散誤差的補(bǔ)償,最終通過仿真結(jié)果驗(yàn)證上述方法對(duì)距離向色散誤差補(bǔ)償?shù)挠行浴＂倮枚蜗辔徽`差會(huì)對(duì)圖像產(chǎn)生散焦的原理,研究了基于最大對(duì)比度的自聚焦算法,通過對(duì)二次相位誤差補(bǔ)償?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)圖像的自聚焦；②將自適應(yīng)光學(xué)中使用的隨機(jī)并行梯度(Stochastic Parallel Gradient Descent, SPGD)算法引入到匹配濾波函數(shù)的校正中,選取調(diào)頻率為控制參數(shù),以峰值功率作為性能評(píng)價(jià)函數(shù),采用雙邊擾動(dòng)的方式加快算法收斂速度,通過對(duì)點(diǎn)目標(biāo)回波仿真驗(yàn)證算法的有效性和快速性；③通過系統(tǒng)內(nèi)窄帶雙頻相關(guān)法測(cè)量電離層TEC,實(shí)現(xiàn)對(duì)色散效應(yīng)影響下的匹配濾波函數(shù)的校正,并利用校正后的匹配濾波函數(shù)進(jìn)行匹配濾波,得到校正后的SAR圖像。(4)研究幾種由于小尺度電離層TEC變化導(dǎo)致的閃爍誤差補(bǔ)償方法。在SAR圖像場(chǎng)景特點(diǎn)和閃爍相位誤差模型的基礎(chǔ)上,利用最小熵自聚焦、相位梯度自聚焦、距離向多子孔徑自聚焦等電離層閃爍相位誤差補(bǔ)償方法,通過仿真結(jié)果驗(yàn)證上述方法可以有效抑制電離層閃爍效應(yīng)的影響,提高SAR圖像方位向分辨率。①針對(duì)均勻場(chǎng)景下的SAR圖像,將ISAR成像中對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)補(bǔ)償?shù)淖钚§刈跃劢顾惴☉?yīng)用到SAR電離層閃爍誤差補(bǔ)償中,解決了傳統(tǒng)算法無法對(duì)均勻場(chǎng)景SAR圖像聚焦的問題。該方法可以適用于無明顯強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)且信噪比較低的散焦SAR圖像校正,仿真結(jié)果也驗(yàn)證了方法的有效性。②為提高運(yùn)算速度,研究了PGA算法。該方法在對(duì)相位誤差梯度估計(jì)過程中用傅里葉變換替代迭代,因此可以對(duì)具有多個(gè)孤立強(qiáng)點(diǎn)的圖像進(jìn)行快速相位補(bǔ)償,并且有很好的聚焦效果。③對(duì)于相位誤差具有二維空變特性的SAR圖像,相位誤差間不存在或存在較差的冗余性,傳統(tǒng)的PGA算法無法進(jìn)行自聚焦處理。提出基于距離向子孔徑分塊自聚焦方法,通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,針對(duì)大目標(biāo)區(qū)域成像該方法可以明顯改善圖像的聚焦質(zhì)量,使圖像紋理更加清晰。
【關(guān)鍵詞】：電離層效應(yīng) P波段 合成孔徑雷達(dá) 相位誤差 誤差補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN957.52
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-22
• §1.1 研究背景及意義12-14
• §1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• §1.3 論文結(jié)構(gòu)安排17-19
• 參考文獻(xiàn)19-22
• 第二章 電離層影響下星載SAR成像研究22-43
• §2.1 電離層結(jié)構(gòu)22-32
• 2.1.1 背景電離層結(jié)構(gòu)22-29
• 2.1.2 不規(guī)則體結(jié)構(gòu)29-32
• §2.2 電離層中電波傳播機(jī)理32-34
• §2.3 電離層對(duì)SAR成像影響34-40
• 2.3.1 真空環(huán)境對(duì)SAR成像影響35-38
• 2.3.2 電離層環(huán)境對(duì)SAR成像影響38-40
• §2.4 本章小結(jié)40-41
• 參考文獻(xiàn)41-43
• 第三章 P波段星載SAR電離層效應(yīng)誤差建模仿真43-62
• §3.1 電離層色散效應(yīng)對(duì)SAR信號(hào)影響分析43-52
• 3.1.1 色散效應(yīng)下的SAR回波建模43-47
• 3.1.2 色散效應(yīng)影響仿真分析47-52
• §3.2 電離層閃爍效應(yīng)對(duì)SAR信號(hào)影響分析52-59
• 3.2.1 閃爍效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理53-54
• 3.2.2 閃爍效應(yīng)影響仿真分析54-59
• §3.3 本章小結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-62
• 第四章 電離層色散誤差補(bǔ)償方法研究62-83
• §4.1 基于最大對(duì)比度自聚焦算法的色散效應(yīng)誤差補(bǔ)償62-67
• 4.1.1 最大對(duì)比度自聚焦算法原理62-63
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析63-67
• §4.2 基于隨機(jī)并行梯度算法的色散誤差補(bǔ)償67-72
• 4.2.1 隨機(jī)并行梯度算法原理67
• 4.2.2 電離層色散效應(yīng)校正的SPGD算法校正模型67-69
• 4.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析69-72
• §4.3 基于雙頻測(cè)量的電離層色散效應(yīng)誤差補(bǔ)償72-79
• 4.3.1 雙頻分析GPS系統(tǒng)中電離層色散效應(yīng)72-74
• 4.3.2 SAR系統(tǒng)中電離層色散效應(yīng)雙頻校正原理74-77
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析77-79
• §4.4 本章小結(jié)79-81
• 參考文獻(xiàn)81-83
• 第五章 電離層閃爍誤差補(bǔ)償方法研究83-108
• §5.1 基于最小熵自聚焦算法的電離層閃爍效應(yīng)誤差補(bǔ)償83-90
• 5.1.1 最小熵自聚焦算法83-86
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析86-90
• §5.2 基于相位梯度自聚焦算法的閃爍誤差補(bǔ)償90-99
• 5.2.1 相位梯度自聚焦算法原理90-95
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析95-99
• §5.3 基于距離向多子孔徑PGA的閃爍誤差補(bǔ)償99-104
• 5.3.1 距離向多子孔徑PGA原理100-101
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析101-104
• §5.4 本章小結(jié)104-106
• 參考文獻(xiàn)106-108
• 第六章 總結(jié)與展望108-110
• §6.1 總結(jié)108-109
• §6.2 展望109-110
• 致謝110-111
• 攻讀博士期間的研究成果111

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 伍岳,孟泱,王澤民,徐紹銓;GPS現(xiàn)代化后電離層折射誤差高階項(xiàng)的三頻改正方法[J];武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版);2005年07期

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本文編號(hào)：790328