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机载高分辨率合成孔径雷达运动补偿研究

作　者: 郑波浪
导　师: 宋红军
学　校: 中国科学院研究生院（电子学研究所）
专　业: 通信与信息系统
关键词: 合成孔径雷达相位误差运动补偿 R-D算法 PGA自聚焦
分类号: V243.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 375次
引　用: 5次
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内容摘要

合成孔径雷达(SAR)是一种提供高分辨率地貌图像的技术。它在经济、科学研究和军事领域都有广阔的应用前景。SAR的一个主要研究方向就是不断提高分辨率，尤其在军事应用上，高分辨率尤其重要。SAR要求天线相位中心的运动状态为匀速直线运动，但对机载SAR而言，载机所受的大气扰动会使APC偏离理想运动状态，从而产生运动误差，造成图象质量下降，分辨率降低。因此，运动补偿是高分辨率SAR实现的重要环节。 SAR成像算法是运动补偿研究的基础。首先，本文根据脉冲压缩原理，从方位向分辨率和距离向分辨率的角度阐述了合成孔径雷达原理，并在此基础上，详细介绍了经典的R-D成像算法，作为运动补偿研究的算法基础。 SAR运动误差补偿研究的第一步必须了解机载平台的运动误差。本文在第二章详细分析了载机平台的平移运动误差，将其分为地速方向误差和视线方向误差，并建立两个方向上运动误差模型，根据此模型，研究运动误差对成像质量(积分旁瓣比，分辨率等)的影响规律，并得出运动误差补偿精度要求。然后，根据地速误差和视线方向运动误差模型，详细讨论了两个方向运动误差所引起的相位误差，并分别提出了补偿方法。在此基础上，文章提出了一种结合运动补偿的R-D成像算法，并从仿真角度对算法的可行性和有效性进行了验证。前面的讨论是在精确知道运动误差模型参数的情况下的研究。获取模型参数是运动补偿研究另一个关键点，本文从仿真角度研究了如何利用全球定位系统(GPS)数据和惯性导航系统(INS)数据计算模型参数，详细讨论分析了最小二乘法和卡尔曼滤波方法。由于载机平移运动误差的计算和相位误差补偿方法都不可避免存在精度限制。因此，必然存在残留相位误差，第五章详细分析了利用PGA自聚焦方法对残留相位误差的补偿。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 研究背景和意义  9
  1.2 合成孔径雷达的发展历史  9-11
  1.3 论文的工作及内容安排  11-13
第二章机载SAR成像原理及其运动补偿研究  13-31
  2.1 引言  13
  2.2 SAR成象的基本原理  13-27
    2.2.1 简述  13-14
    2.2.2 距离向分辨率  14-19
    2.2.3 方位向分辨率  19-21
    2.2.4 成象理论模型  21-27
  2.3 运动补偿概述  27-31
    2.3.1 运动误差概述  27-28
    2.3.2 运动误差对成像的影响  28-29
    2.3.3 高分辨率机载SAR运动补偿方法  29-31
第三章运动误差对成像质量的影响  31-43
  3.1 引言  31
  3.2 载机运动误差分析  31-39
    3.2.1 地速误差分析  32-34
    3.2.2 视线方向运动误差分析  34-39
  3.3 运动误差补偿精度要求  39-42
    3.3.1 地速误差  40
    3.3.2 视线方向运动误差  40-42
  3.4 小结  42-43
第四章结合运动补偿的RD成像算法  43-61
  4.1 载机平台的平移运动误差模型  43-46
    4.1.1 地速误差模型  43-44
    4.1.3 视线方向运动误差模型  44-46
  4.2 载机平移运动误差补偿实现  46-53
    4.2.1 地速误差分析及补差  46-49
    4.2.2 视线方向误差分析及补偿  49-51
    4.2.3 结合运动补偿的RD算法  51-53
  4.3 运动补偿中系统误差校正方法研究  53-61
    4.3.1 基于最小二乘法估计的系统校正方法  54-58
    4.3.2 基于卡尔曼滤波的系统误差校正方法  58-61
第五章自聚焦算法  61-75
  5.1 引言  61
  5.2 自聚焦算法简述  61-63
  5.3 相位梯度自聚焦(PGA)算法简述  63-64
  5.4 PGA算法的基本原理  64-65
  5.5 PGA自聚焦算法的处理流程  65-74
  5.6 小结  74-75
第六章结束语  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士期间发表的论文  79-80
致谢  80

机载高分辨率合成孔径雷达运动补偿研究

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