本文關(guān)鍵詞：分布式SAR動(dòng)目標(biāo)成像關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：星載合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)對(duì)地觀測(cè)是完成資源勘探、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害預(yù)警以及國(guó)土防御等任務(wù)的重要手段。近年來,為滿足空間對(duì)地觀測(cè)由單任務(wù)向多任務(wù)發(fā)展的需求,基于小衛(wèi)星技術(shù)的分布式SAR概念被提出。分布式SAR是將SAR的收、發(fā)天線分置于不同衛(wèi)星,各衛(wèi)星按一定的構(gòu)形編隊(duì)飛行并協(xié)同工作的多天線雷達(dá)體制,不僅具有單站星載SAR的全天時(shí)-全天候?qū)Φ赜^測(cè)、對(duì)某些地物的穿透能力等特點(diǎn),而且能夠通過多基線、多視角、多波段、多極化等提供的互補(bǔ)信息,完成多種任務(wù)。其中,在民用與軍事領(lǐng)域,動(dòng)目標(biāo)精確定位、測(cè)速與清晰成像對(duì)搶險(xiǎn)救災(zāi)、交通路況監(jiān)控、戰(zhàn)場(chǎng)偵察等任務(wù)具有重要意義。分布式SAR對(duì)地面動(dòng)目標(biāo)的連續(xù)觀測(cè)有助于運(yùn)動(dòng)信息的準(zhǔn)確獲取和成像分辨率的提高,而目前主要面臨衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)引起的空間不同步、動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)精度低、成像分辨率提高與旁瓣增高的矛盾等難題。將分布式SAR看作一種多天線陣列,建立其回波陣列信號(hào)模型可將以上問題統(tǒng)一抽象為陣列信號(hào)的參數(shù)估計(jì)與波束形成問題。本文將研究基于多項(xiàng)式相位陣列信號(hào)(Polynomial Phase Array Signal,PPAS)的分布式SAR動(dòng)目標(biāo)成像關(guān)鍵技術(shù),主要研究?jī)?nèi)容與貢獻(xiàn)如下:(1)建立分布式SAR回波的陣列信號(hào)模型,并設(shè)計(jì)編隊(duì)構(gòu)形。用二階PPAS來表示分布式SAR回波信號(hào),命名為雙站擴(kuò)展空時(shí)模型(Bistatic Extended Space-Time Model,BESTIM),并根據(jù)BESTIM擬合誤差最小準(zhǔn)則對(duì)編隊(duì)構(gòu)形進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì),將最優(yōu)編隊(duì)構(gòu)形的BESTIM作為全文的理論基礎(chǔ)。(2)基于PPAS完成衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)補(bǔ)償,解決分布式SAR空間同步問題。首先分析衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)引起的相位誤差,并在BESTIM的基礎(chǔ)上建立含有抖動(dòng)相位誤差的高階PPAS模型,接下來提出PPAS參數(shù)估計(jì)的HIM-MUSIC(High-order Instantaneous Moment-Multiple Signal Classification)方法,補(bǔ)償抖動(dòng)相位誤差,最后用成像結(jié)果表明該方法優(yōu)于傳統(tǒng)的非參數(shù)化自聚焦方法。(3)基于BESTIM提出分布式SAR動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的空-時(shí)-頻聯(lián)合處理方法,提高參數(shù)估計(jì)精度。首先提出Fr FT-STFD(Fractional Fourier Transform-Space-Time-Frequency Distribution)方法,估計(jì)距離向速度與初始方位,接下來提出Fr FT-CSMUSIC方法(Fractional Fourier Transform-Cross Spectrum Multiple Signal Classification,Fr FT-CSMUSIC),估計(jì)方位向速度。所提方法解決非線陣構(gòu)形分布式SAR的多通道聯(lián)合信號(hào)處理問題,并且比傳統(tǒng)的VSAR(Velocity Synthetic Aperture Radar)、單站Fr FT等方法具有更高的參數(shù)估計(jì)性能。(4)基于BESTIM提出分?jǐn)?shù)階距離-多普勒頻譜合成(Fractional Range Doppler Algorithm Spectrum Synthesis,Fr RDASS)的超分辨成像方法,使圖像在獲取更高分辨率的同時(shí)降低旁瓣,接下來給出分布式SAR回波半實(shí)物數(shù)據(jù)的模擬方法,用該數(shù)據(jù)驗(yàn)證所提成像方法的成像質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)的距離-多普勒算法(Range Doppler Algorithm,RDA)。本文在分布式SAR現(xiàn)有的系統(tǒng)測(cè)控精度下實(shí)現(xiàn)動(dòng)目標(biāo)成像,在PPAS框架內(nèi)提出衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)誤差補(bǔ)償、動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)、動(dòng)目標(biāo)超分辨成像的新方法,最終獲得更高的動(dòng)目標(biāo)圖像質(zhì)量。通過本文的研究不僅能夠更充分地發(fā)揮分布式SAR各衛(wèi)星平臺(tái)的信息互補(bǔ)優(yōu)勢(shì),增強(qiáng)系統(tǒng)功能,并且所提出的PPAS信號(hào)處理方法對(duì)合成孔徑聲納、超聲波陣列、拖曳線列陣聲納等其它應(yīng)用領(lǐng)域也具有一定的參考價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：合成孔徑雷達(dá) 多項(xiàng)式相位信號(hào) 分?jǐn)?shù)階傅里葉變換 動(dòng)目標(biāo)成像 回波仿真 參數(shù)估計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)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4-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-34
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義14-16
• 1.2 分布式SAR系統(tǒng)概述16-26
• 1.2.1 分布式SAR的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀16-20
• 1.2.2 分布式SAR系統(tǒng)的特點(diǎn)20-22
• 1.2.3 分布式SAR系統(tǒng)的關(guān)鍵問題22-26
• 1.3 分布式SAR動(dòng)目標(biāo)成像的難點(diǎn)問題26-30
• 1.3.1 動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)26-28
• 1.3.2 動(dòng)目標(biāo)超分辨成像28-30
• 1.4 多項(xiàng)式相位信號(hào)的研究現(xiàn)狀30-31
• 1.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排31-34
• 第2章 分布式SAR陣列信號(hào)建模與編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)34-54
• 2.1 引言34
• 2.2 分布式SAR陣列信號(hào)模型建立34-41
• 2.2.1 空時(shí)擴(kuò)展模型ESTIM34-36
• 2.2.2 雙站空時(shí)擴(kuò)展模型BESTIM36-37
• 2.2.3 BESTIM的誤差分析37-41
• 2.3 分布式SAR編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)41-48
• 2.3.1 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程41-43
• 2.3.2 編隊(duì)構(gòu)形確定方程43-45
• 2.3.3 編隊(duì)構(gòu)形最優(yōu)化設(shè)計(jì)45-48
• 2.4 分布式SAR編隊(duì)構(gòu)形設(shè)計(jì)算例48-53
• 2.5 本章小結(jié)53-54
• 第3章 分布式SAR衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)補(bǔ)償54-86
• 3.1 引言54
• 3.2 衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)對(duì)分布式SAR的影響54-71
• 3.2.1 衛(wèi)星姿態(tài)抖動(dòng)引起的天線波束指向抖動(dòng)54-56
• 3.2.2 波束指向抖動(dòng)對(duì)分布式SAR成像質(zhì)量的影響56-71
• 3.3 姿態(tài)抖動(dòng)誤差校正的HIM-MUSIC法71-77
• 3.3.1 含有天線波束指向抖動(dòng)的PPAS模型71-74
• 3.3.2 抖動(dòng)誤差補(bǔ)償?shù)腍IM-MUSIC法74-77
• 3.4 抖動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆抡鎸?shí)驗(yàn)77-85
• 3.4.1 點(diǎn)目標(biāo)77-82
• 3.4.2 半實(shí)物數(shù)據(jù)中的特顯點(diǎn)82-85
• 3.5 本章小結(jié)85-86
• 第4章 分布式SAR動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)86-112
• 4.1 引言86
• 4.2 信號(hào)檢測(cè)的Fr FT方法86-92
• 4.2.1 Fr FT的定義86-87
• 4.2.2 離散分?jǐn)?shù)階傅里葉變換87-90
• 4.2.3 基于Fr FT的分布式SAR動(dòng)目標(biāo)信號(hào)檢測(cè)90-92
• 4.3 基于Fr FT-STFD的距離向速度與初始方位估計(jì)92-104
• 4.3.1 參數(shù)估計(jì)的Fr FT-STFD方法92-98
• 4.3.2 Fr FT-STFD方法的仿真實(shí)驗(yàn)98-104
• 4.4 基于Fr FT-CSMUSIC的方位向速度估計(jì)104-111
• 4.4.1 分?jǐn)?shù)階傅里葉濾波器組105-106
• 4.4.2 互譜MUSIC106-108
• 4.4.3 Fr FT-CSMUSIC方法的仿真實(shí)驗(yàn)108-111
• 4.5 本章小結(jié)111-112
• 第5章 分布式SAR動(dòng)目標(biāo)超分辨成像112-148
• 5.1 引言112
• 5.2 動(dòng)目標(biāo)高分辨成像的Fr RDA法112-117
• 5.2.1 距離彎曲校正113-114
• 5.2.2 分?jǐn)?shù)階脈沖壓縮114-117
• 5.3 動(dòng)目標(biāo)超分辨成像的Fr RDASS法117-128
• 5.3.1 分布式SAR頻譜合成成像的基本原理117-122
• 5.3.2 分布式SAR超分辨成像的Fr RDASS方法122-128
• 5.4 分布式SAR半實(shí)物數(shù)據(jù)模擬128-136
• 5.4.1 參考星的分布目標(biāo)數(shù)據(jù)模擬128-133
• 5.4.2 環(huán)繞星的分布目標(biāo)數(shù)據(jù)模擬133-136
• 5.5 仿真實(shí)驗(yàn)136-147
• 5.5.1 點(diǎn)目標(biāo)超分辨成像仿真實(shí)驗(yàn)136-139
• 5.5.2 星載SAR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)成像實(shí)驗(yàn)139-141
• 5.5.3 分布式SAR場(chǎng)景半實(shí)物數(shù)據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)141-143
• 5.5.4 半實(shí)物數(shù)據(jù)的超分辨成像實(shí)驗(yàn)143-147
• 5.6 本章小結(jié)147-148
• 結(jié)論148-150
• 參考文獻(xiàn)150-163
• 附錄：ESTIM的推導(dǎo)過程補(bǔ)充163-165
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果165-168
• 致謝168-169
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷169

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳杰,周蔭清,李春升;合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星姿態(tài)指向穩(wěn)定度與圖像質(zhì)量關(guān)系的研究[J];電子學(xué)報(bào);2001年S1期

2 徐華平,周蔭清,李春升;基于頻譜偏移估計(jì)的分布式星載SAR提高距離向分辨率的數(shù)據(jù)處理方法[J];電子學(xué)報(bào);2003年12期

3 劉U，

本文編號(hào)：956652