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题名: 多通道SAR系统信号处理与成像技术研究
作者: 胡建民
答辩日期: 2012-6-2
摘要: 分辨率是合成孔径雷达(Synthetic Aperture RadarSAR)系统非常重要的一项技术指标,提高分辨率能使SAR系统获取更丰富的地物信息,能够从根本上提高SAR系统对地物的识别和检测性能。作为SAR技术发展最重要的研究方向之一,高分辨率SAR系统在高精度的军事侦察、地形测绘、武器制导等领域具有广阔的应用前景,近年来一直是世界各国关注的热点并取得一系列的技术突破。在国内,本单位正在开展多通道、高分辨率机载SAR系统的研制工作,目前已完成外场飞行试验和优于0.1m分辨率的成像功能验证。论文从频域多通道合成提高SAR系统距离分辨率的核心思想出发,分析了多通道SAR系统设计方案和SAR成像几何关系,建立了回波信号模型和通道相位误差模型,深入研究了基于回波数据的通道相位误差估计与补偿方法,讨论了结合多通道合成的高分辨率成像算法,探讨了结合高精度运动传感器和回波数据的运动补偿技术。论文的主要工作及贡献有:1、根据多通道SAR系统设计方案和SAR成像几何关系,建立了频域多通道接收的回波信号模型,分析了相位失真对多通道合成和SAR系统距离分辨率的影响。在回波信号建模的基础上,深入研究了多通道合成提高实际系统距离分辨率的基本原理,定量分析了实测参考信号的时频特性和相频特性,明确指出通道相位误差的精确补偿是实现距离向高分辨的关键问题。2、针对实际系统多通道之间相位失配的问题,建立了通道相位误差的频域多项式模型,提出了基于回波数据的通道相位误差估计与补偿方法。根据相位误差和脉冲压缩之间的关系,通道相位误差被分解为通道内高阶误差和通道间低阶误差两个部分进行估计。以误差多项式系数为估计变量,以压缩脉冲聚焦效果最优为目标,基于三种不同的压缩脉冲聚焦效果评价准则,先后建立了通道内高阶误差和通道间低阶误差的最优化估计模型。该方法不依赖于成像场景的地物类型,能有效弥补内定标或外定标方法的不足,只需抽取少量回波数据作为误差估计样本,具有不损失信噪比、耗费存储空间少、收敛速度快的优点。对不同场景的八通道实测数据进行了处理,实验结果验证了该方法的有效性和稳健性。3、建立了多通道合成的回波信号二维频谱模型,提出了多通道SAR系统采用快速算法成像的适用条件。分析了多通道合成对回波信号二维频域支撑区的影响,通过比较二维耦合项与其高阶泰勒展开式之间相位误差,推导了快速成像算法的适用条件;研究了结合多通道合成的波数域算法、Chirp Scaling(CS)算法和CZT(Chirp-Z Transform)成像算法,给出了算法的实现流程。通过分析多通道合成的实测数据的成像结果,验证了结合多通道合成的成像算法的有效性。4、建立了多通道合成后包含运动误差的回波信号模型,分析了多通道SAR系统运动误差的二维空变特性,研究了结合运动传感器和回波数据的运动补偿方法。根据多通道SAR系统运动误差的距离空变性和方位空不变性,研究了一种分两阶段补偿运动误差的处理方案,首先利用运动传测器测量的位置、姿态信息对已知运动误差进行初步补偿,然后利用相位梯度自聚焦(Phase Gradient AutofocusPGA)算法精确估计与补偿残留的运动误差。对包含运动误差的实测数据进行了运动补偿,成像处理结果验证了运动补偿方案的有效性。 
学位: 博士
专题: 电子所博硕士学位论文_学位论文

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推荐引用方式:
胡建民.多通道SAR系统信号处理与成像技术研究[博士].北京.中国科学院研究生院.2012
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