發(fā)布時間：2017-09-04 08:11

  本文關鍵詞：電離層對P波段星載SAR成像影響分析與研究

  更多相關文章： 電離層效應 P波段 合成孔徑雷達 相位誤差 誤差補償

【摘要】：近幾年星載合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)體制得到迅速發(fā)展,其中P波段星載SAR由于其對地表和植被的強穿透性,受到國內外研究學者的重視。但是當電波信號穿過電離層進行傳播時,空間電離層效應會使其發(fā)生改變。特別是P波段,電離層效應尤其嚴重,這些是制約P波段星載SAR發(fā)揮其效能的主要因素,而針對電離層對SAR系統(tǒng)成像性能的影響、分析及誤差補償技術等成為目前研究的熱點。作為研究工作的基礎,本文在電離層電波傳播理論的基礎上,對電離層影響下P波段星載SAR成像質量和誤差補償方法進行系統(tǒng)研究,主要從以下幾個方面開展具體的研究工作：(1)基于麥克斯韋方程,推導出電離層對電波信號延時的影響；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模糊函數的影響,解釋了脈沖壓縮后圖像質量下降的原因；最后推導出背景電離層和不規(guī)則體擾動影響下,線性調頻信號新脈寬和調頻率的計算公式。(2)用建模仿真的方式系統(tǒng)分析電離層對SAR信號和成像質量的影響規(guī)律,并用點目標成像結果,驗證了理論分析和建模仿真的正確性,為后面誤差補償算法的研究提供依據和支撐。從兩個方面研究電離層效應對SAR回波信號和成像質量的影響：①色散效應對星載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閃爍效應對星載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)導致的色散誤差補償方法。通過理論推導和建模仿真的方式,利用最大對比度自聚焦和隨機并行梯度算法實現(xiàn)了星載P波段SAR色散誤差的補償,最終通過仿真結果驗證上述方法對距離向色散誤差補償的有效性。①利用二次相位誤差會對圖像產生散焦的原理,研究了基于最大對比度的自聚焦算法,通過對二次相位誤差補償的方法實現(xiàn)圖像的自聚焦；②將自適應光學中使用的隨機并行梯度(Stochastic Parallel Gradient Descent, SPGD)算法引入到匹配濾波函數的校正中,選取調頻率為控制參數,以峰值功率作為性能評價函數,采用雙邊擾動的方式加快算法收斂速度,通過對點目標回波仿真驗證算法的有效性和快速性；③通過系統(tǒng)內窄帶雙頻相關法測量電離層TEC,實現(xiàn)對色散效應影響下的匹配濾波函數的校正,并利用校正后的匹配濾波函數進行匹配濾波,得到校正后的SAR圖像。(4)研究幾種由于小尺度電離層TEC變化導致的閃爍誤差補償方法。在SAR圖像場景特點和閃爍相位誤差模型的基礎上,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償方法,通過仿真結果驗證上述方法可以有效抑制電離層閃爍效應的影響,提高SAR圖像方位向分辨率。①針對均勻場景下的SAR圖像,將ISAR成像中對運動目標補償的最小熵自聚焦算法應用到SAR電離層閃爍誤差補償中,解決了傳統(tǒng)算法無法對均勻場景SAR圖像聚焦的問題。該方法可以適用于無明顯強點目標且信噪比較低的散焦SAR圖像校正,仿真結果也驗證了方法的有效性。②為提高運算速度,研究了PGA算法。該方法在對相位誤差梯度估計過程中用傅里葉變換替代迭代,因此可以對具有多個孤立強點的圖像進行快速相位補償,并且有很好的聚焦效果。③對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,通過實驗數據驗證,針對大目標區(qū)域成像該方法可以明顯改善圖像的聚焦質量,使圖像紋理更加清晰。
【關鍵詞】：電離層效應 P波段 合成孔徑雷達 相位誤差 誤差補償
【學位授予單位】：安徽大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 國內外研究現(xiàn)狀14-17
• §1.3 論文結構安排17-19
• 參考文獻19-22
• 第二章 電離層影響下星載SAR成像研究22-43
• §2.1 電離層結構22-32
• 2.1.1 背景電離層結構22-29
• 2.1.2 不規(guī)則體結構29-32
• §2.2 電離層中電波傳播機理32-34
• §2.3 電離層對SAR成像影響34-40
• 2.3.1 真空環(huán)境對SAR成像影響35-38
• 2.3.2 電離層環(huán)境對SAR成像影響38-40
• §2.4 本章小結40-41
• 參考文獻41-43
• 第三章 P波段星載SAR電離層效應誤差建模仿真43-62
• §3.1 電離層色散效應對SAR信號影響分析43-52
• 3.1.1 色散效應下的SAR回波建模43-47
• 3.1.2 色散效應影響仿真分析47-52
• §3.2 電離層閃爍效應對SAR信號影響分析52-59
• 3.2.1 閃爍效應產生機理53-54
• 3.2.2 閃爍效應影響仿真分析54-59
• §3.3 本章小結59-60
• 參考文獻60-62
• 第四章 電離層色散誤差補償方法研究62-83
• §4.1 基于最大對比度自聚焦算法的色散效應誤差補償62-67
• 4.1.1 最大對比度自聚焦算法原理62-63
• 4.1.2 實驗數據分析63-67
• §4.2 基于隨機并行梯度算法的色散誤差補償67-72
• 4.2.1 隨機并行梯度算法原理67
• 4.2.2 電離層色散效應校正的SPGD算法校正模型67-69
• 4.2.3 實驗數據分析69-72
• §4.3 基于雙頻測量的電離層色散效應誤差補償72-79
• 4.3.1 雙頻分析GPS系統(tǒng)中電離層色散效應72-74
• 4.3.2 SAR系統(tǒng)中電離層色散效應雙頻校正原理74-77
• 4.3.3 實驗數據分析77-79
• §4.4 本章小結79-81
• 參考文獻81-83
• 第五章 電離層閃爍誤差補償方法研究83-108
• §5.1 基于最小熵自聚焦算法的電離層閃爍效應誤差補償83-90
• 5.1.1 最小熵自聚焦算法83-86
• 5.1.2 實驗數據分析86-90
• §5.2 基于相位梯度自聚焦算法的閃爍誤差補償90-99
• 5.2.1 相位梯度自聚焦算法原理90-95
• 5.2.2 實驗數據分析95-99
• §5.3 基于距離向多子孔徑PGA的閃爍誤差補償99-104
• 5.3.1 距離向多子孔徑PGA原理100-101
• 5.3.2 實驗數據分析101-104
• §5.4 本章小結104-106
• 參考文獻106-108
• 第六章 總結與展望108-110
• §6.1 總結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】

中國期刊全文數據庫 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的三頻改正方法[J];武漢大學學報(信息科學版);2005年07期

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本文編號：790328