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移变双基地SAR特性与成像方法研究

作　者: 杨科锋
导　师: 梁甸农
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 移变双基地SAR 方位空变瞬时多普勒贡献比点目标频域模型 Chirp-Z变换星机双基地SAR 大双基角大斜视角
分类号: TN957.52
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 120次
引　用: 3次
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内容摘要

双/多基地SAR的发、收平台分置,能够实现比单基地SAR更多的功能,在高分辨率大测绘带成像、InSAR、GMTI等应用领域具有更为优越的性能和更强的灵活性。从双基地SAR的发展来看,具有一般意义双基特性的SAR系统(General bi-static SAR)的发、收运动矢量可以不同,比当前的平行等速双基地SAR更为灵活、可实现更多的功能,是未来双基地SAR发展的重要方向之一。但由于发、收速度矢量的方向和大小都可能不同,系统将具有方位移变特性,给系统实现和成像带来了新的问题,这些问题已成为近几年双基地SAR领域研究的热点。本文将平行等速双基地SAR推广至非平行非等速的情况,以发、收速度矢量不同的双基地SAR为对象,研究了其特点和成像方法,这些研究成果可以应用到具有移变特性的一般双基SAR成像中。第二章研究了一般双基地SAR的移变特性问题。从其空间几何模型和信号模型出发,分析了双基斜距历程及其方位空变特性,认为发、收速度矢量不同造成双基地SAR对不同方位目标成像几何的差异是造成信号方位空变的原因。然后根据分析结果推导了移变双基地SAR的多普勒参数和空间分辨率的计算公式,并分析了以上参数的空变特性,发现发、收速度比的变化对参数空变量的影响较大。第三章建立了一种新的移变双基地SAR的高精度点目标回波频域模型。首先提出了瞬时多普勒贡献比这一全新概念,通过它把双基相位历程区分为发射和接收两部分,将双基中的“双根号和”问题转化为两个可直接应用驻相原理的单基问题。然后在此基础上建立了一种新的点目标回波频域模型,并与当前已有的几种频域模型进行了分析比较。结果表明,本建模方法物理意义明确,所得模型同时具有高精度、广泛适用性以及形式比较简洁的优势。点目标回波频域模型的建立为研究频域成像算法奠定了基础。第四章基于前一章建立的高精度频域模型提出了一种移变双基地SAR的频率域Chirp-Z成像算法。通过对频域模型空变特性的分析,发现场景回波二维频谱具有尺度傅立叶变换特性,据此提出了应用两次逆Chirp-Z变换分别校正距离向和方位向的尺度及平移因子的成像方法,解决了移变双基地SAR成像中的二维空变问题。该算法只用到了傅立叶变换和复数相乘,是一种高效率的成像算法。第五章研究了“发、收速度矢量不同”的典型实例-星机SAR成像相关的问题。分析了滑动聚束模式下发、收平台及目标间的几何特性与信号特点,所得结果为星机双基地SAR的参数选择和系统实现提供了依据。然后用所建立的成像方法对星机SAR进行了仿真成像,实验结果验证了模型和算法的有效性。第六章基于本文频域模型的广泛适用性,解决了已有平行等速双基地SAR研究中在大双基角情况下频域模型精度不高的问题。并建立了适于大双基角、大斜视平行等速双基地SAR的波数域成像算法。推导了小斜视情况下高效率的双基CS成像算法。本文的模型和成像方法对进一步研究大斜视、大双基角SAR成像有重要的参考价值。

全文目录

摘要  10-12
Abstract  12-14
第一章绪论  14-30
  1.1 课题的背景和意义  14-17
    1.1.1 概念与内涵  14-15
    1.1.2 研究意义  15-17
  1.2 双基地SAR 系统的发展  17-20
  1.3 双基地成像方法的发展  20-25
    1.3.1 时域成像算法  21
    1.3.2 频域成像算法  21-24
    1.3.3 双基运动补偿  24-25
  1.4 双基地SAR 需解决的难题  25-27
    1.4.1 三大同步问题  25
    1.4.2 双基成像问题  25-26
    1.4.3 双基运动补偿问题  26-27
  1.5 论文的内容和结构安排  27-30
第二章移变双基地SAR 系统特性  30-48
  2.1 引言  30
  2.2 一般双基地SAR 系统模型  30-32
    2.2.1 几何模型  30-31
    2.2.2 回波信号模型  31-32
  2.3 二维空域移变特性  32-37
    2.3.1 斜距历程  32-34
    2.3.2 多普勒特性  34-37
  2.4 移变双基地SAR 分辨率特性  37-40
    2.4.1 距离分辨率  37-39
    2.4.2 方位分辨率  39-40
  2.5 仿真分析  40-47
  2.6 本章小结  47-48
第三章移变双基地SAR 回波频域建模  48-75
  3.1 引言  48-49
  3.2 瞬时多普勒贡献比  49-54
    3.2.1 概念与含义  50-51
    3.2.2 瞬时多普勒贡献比的求解  51-54
  3.3 一种新的点目标回波频域模型  54-55
  3.4 频域模型分析  55-73
    3.4.1 新模型的精度分析  55-64
    3.4.2 与几种移变双基地SAR 频域模型的比较  64-73
  3.5 本章小结  73-75
第四章移变双基地SAR 成像算法  75-92
  4.1 引言  75
  4.2 BP 成像算法  75-77
  4.3 频域模型二维移变特性分析  77-85
    4.3.1 瞬时多普勒贡献比的空变分析  78-80
    4.3.2 双基相位分量的二维空变分析  80-83
    4.3.3 类单基项空变性分析  83-85
  4.4 双基Chirp-Z 成像算法  85-90
    4.4.1 尺度傅立叶反变换  85-86
    4.4.2 Chirp-Z 成像算法  86-88
    4.4.3 实验结果  88-90
  4.5 本章小结  90-92
第五章星机双基SAR 系统成像  92-108
  5.1 引言  92-93
  5.2 星机双基SAR 系统分析  93-100
    5.2.1 星机SAR 空间几何模型  93-94
    5.2.2 星/机成像模式  94-100
  5.3 星机双基地SAR 成像  100-107
    5.3.1 星机SAR 回波多普勒特性  100-103
    5.3.2 星机SAR 仿真成像实验  103-107
  5.4 本章小结  107-108
第六章平行等速非移变双基地SAR 成像  108-121
  6.1 引言  108
  6.2 大双基角SAR 点目标频域模型  108-112
  6.3 波数域成像算法  112-115
    6.3.1 双基相位项空变分析  112
    6.3.2 双基波数域算法  112-113
    6.3.3 波数域算法实验结果  113-115
  6.4 CS 成像算法  115-120
    6.4.1 双基CS 算法  115-119
    6.4.2 CS 算法实验结果  119-120
  6.5 本章小结  120-121
第七章结束语  121-123
致谢  123-124
参考文献  124-132
作者在学期间取得的学术成果  132

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