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低频UWB-SAR校准技术研究

作　者: 邹鲲
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: 低频超宽带(UWB) 合成孔径雷达(SAR) 辐射校准极化校准运动状态校准电磁散射模型定标体天线方向图
分类号: TN958
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

校准技术是合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)数据定量研究的前提,通过校准可以获得测量值和目标特性之间的量化关系。低频超宽带(ultra wide band, UWB) SAR的研究与应用具有重要的军事意义。本文充分考虑低频UWB-SAR系统的特点,从辐射校准,极化校准和运动状态校准等方面展开深入的研究。第一章分析了低频UWB-SAR的研究背景,提出了一种SAR层次化校准模型,较为清晰地论述了SAR校准概念和策略。利用该模型,分析了低频UWB-SAR校准的特点和技术难点,指出该系统校准的途径。第二章研究了低频UWB-SAR校准的基本问题。首先充分考虑了系统参量的频率和方位角特性,提出了适合低频UWB-SAR校准的雷达方程。其次提出了低频UWB-SAR辐射校准模型,通过该模型可以分析校准误差和各个参数的测量误差的关系。最后研究了低频UWB-SAR系统信息处理模型。利用该模型分析了天线方向图和系统的冲击响应函数。第三章研究了低频UWB-SAR系统的辐射校准问题。首先采用矩量法和渐近波形估计技术,结合SAR几何关系,获得定标体的低频,超宽带和宽角度电磁散射模型。其次给出了天线方向图对系统性能影响的评估,天线方向图的提取方法。利用定标体电磁模型,提出了基于时域和频域两种天线方向图校正方法,并进行了仿真验证。最后研究了低频UWB-SAR外部校准和内部校准的方案设计,校准数据的处理等方法。第四章研究了低频UWB-SAR系统的极化校准问题。首先研究了定标体的多极化电磁散射特性。其次结合低频UWB-SAR系统特性和信息处理模型,提出低频UWB-SAR系统的极化校准模型。最后分别提出了基于回波域和二维波数域的极化校准方法,仿真结果验证了该方法的有效性。第五章研究了低频UWB-SAR运动状态校准问题。首先提出了低频UWB-SAR运动误差模型,在大波束张角范围内具有较高的精确性。其次研究了利用反射位移法提取运动误差的方法。最后利用低频UWB-SAR运动误差模型,提出了运动误差校正方法,仿真试验结果与理论分析相吻合。第六章系统地总结了全文的工作,并给出了进一步研究的建议。

全文目录

摘要  11-12
Abstract  12-14
第一章绪论  14-23
  1.1 低频UWB-SAR 的研究背景  14-17
    1.1.1 低频UWB-SAR 技术的发展历程  14-15
    1.1.2 国外UWB-SAR 研究进展  15-16
    1.1.3 国内UWB-SAR 研究进展  16-17
  1.2 SAR 校准概述  17-20
    1.2.1 SAR 校准的概念与策略  17-19
    1.2.2 低频UWB-SAR 校准研究进展与特点  19-20
  1.3 本文主要工作与内容安排  20-23
第二章低频UWB-SAR 系统分析  23-45
  2.1 引言  23-24
  2.2 低频UWB-SAR 系统概述  24-26
  2.3 低频UWB-SAR 雷达方程  26-28
    2.3.1 点目标雷达方程  26-28
    2.3.2 分布式目标雷达方程  28
  2.4 低频UWB-SAR 校准模型  28-35
    2.4.1 内部校准参数  30-31
    2.4.2 外部校准参数  31-32
    2.4.3 损耗因子  32-34
    2.4.4 定标体校准误差  34-35
  2.5 低频UWB-SAR 信息处理模型  35-44
    2.5.1 驻定相位原理  36
    2.5.2 系统信息处理模型  36-38
    2.5.3 天线和目标的辐射方向图  38-40
    2.5.4 系统的冲击响应函数  40-44
  2.6 小结  44-45
第三章低频UWB-SAR 系统辐射校准  45-80
  3.1 引言  45-46
  3.2 定标体的电磁散射模型  46-57
    3.2.1 矩量法计算  47-52
    3.2.2 AWE 方法计算  52-57
  3.3 天线方向图的校准  57-71
    3.3.1 天线方向图对系统性能的影响  58-59
    3.3.2 天线方向图的测量  59-62
    3.3.3 天线方向图的时域补偿方法  62-68
    3.3.4 天线方向图的频域补偿方法  68-70
    3.3.5 两种补偿方法的比较  70-71
  3.4 外部校准方案的设计  71-74
    3.4.1 校准场景的选择  71-72
    3.4.2 参考目标的选择和布置  72-73
    3.4.3 校准数据的处理  73-74
    3.4.4 外部校准结果分析  74
  3.5 低频UWB-SAR 的内部校准  74-79
    3.5.1 实验室环境下的设备联调  75-78
    3.5.2 内部校准  78-79
  3.6 小结  79-80
第四章低频UWB-SAR 系统极化校准  80-96
  4.1 引言  80-81
  4.2 低频UWB-SAR 定标体的极化散射特性  81-87
    4.2.1 极化散射矩阵  81-82
    4.2.2 低频UWB-SAR 定标体极化散射模型  82-87
  4.3 极化校准模型  87-91
    4.3.1 多极化雷达极化校准模型  87-88
    4.3.2 多极化SAR 极化校准模型  88-90
    4.3.3 低频UWB-SAR 极化校准模型  90-91
  4.4 低频UWB-SAR 极化校准方法  91-94
    4.4.1 基于回波域的极化校准  91-93
    4.4.2 基于波数域的极化校准  93-94
  4.5 小结  94-96
第五章低频UWB-SAR 运动状态校准  96-108
  5.1 引言  96-97
  5.2 低频UWB-SAR 运动误差模型  97-100
    5.2.1 APC 位置误差引入的运动误差  97-99
    5.2.2 低频UWB-SAR 运动误差特性  99-100
  5.3 低频UWB-SAR 运动误差提取  100-103
    5.3.1 前向速度和LOS 方向速度对回波Doppler 频率的影响  100-102
    5.3.2 基于RDM 的运动参数提取  102-103
  5.4 低频UWB-SAR 运动误差校正  103-107
    5.4.1 低频UWB-SAR 回波模型  103-105
    5.4.2 运动误差校正仿真试验  105-107
  5.5 小结  107-108
第六章结束语  108-111
  6.1 本文的主要工作及成果  108-109
  6.2 本文的主要创新点  109
  6.3 需要进一步研究的问题  109-111
致谢  111-112
参考文献  112-119
攻博期间撰写及发表的论文  119-120

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