大斜視SAR成像及凝視成像算法研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)作為有源主動(dòng)探測設(shè)備具有全天時(shí)、全天候工作的優(yōu)點(diǎn)。既可以工作于正側(cè)視模式也能工作于大斜視模式，在軍事上可以進(jìn)行戰(zhàn)場偵察、監(jiān)視戰(zhàn)場形勢變化，也可以作為戰(zhàn)斗機(jī)的火控雷達(dá)，提高打擊精度。同時(shí)可以作為高精度彈道導(dǎo)彈的導(dǎo)引設(shè)備。民用方面可以進(jìn)行火災(zāi)檢測、礦藏探測等應(yīng)用。本文主要針對(duì)大斜視條帶、聚束、凝視成像進(jìn)行了研究，具體安排如下：
　　1.簡要介紹了 SAR的發(fā)展歷史以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，同時(shí)給出了 SAR研究的發(fā)展趨勢及研究意

2、義。
　　2.針對(duì)大斜視聚束 SAR成像無法實(shí)現(xiàn)大范圍有效聚焦的問題，提出一種SPECAN與方位非線性變標(biāo)相結(jié)合的成像算法。該方法首先利用SPECAN方法解斜視聚束多普勒譜模糊的問題，將斜視聚束模式等效成斜視條帶模式，經(jīng)過距離徙動(dòng)校正后，方位多普勒調(diào)頻率存在空變特性，該問題導(dǎo)致場景邊緣點(diǎn)散焦。常規(guī)小斜視成像算法無法獲得寬場景的斜視聚束SAR圖像，本章提出了一種方位非線性變標(biāo)算法，將多普勒調(diào)頻率轉(zhuǎn)換為沿方位變化的線性變量，聚焦深度得

3、到很大改善，從而將斜視聚束有效聚焦范圍擴(kuò)大，具有較大的應(yīng)用價(jià)值，最終，通過實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　3.針對(duì)斜視聚束成像模式下的極坐標(biāo)格式成像算法進(jìn)行了一定的改進(jìn)。在斜視聚束模式下，方位頻譜通常是模糊的，PFA作為典型的插值算法可以通過去斜解決方位頻譜混疊問題。然而在斜視情況下，極坐標(biāo)格式算法會(huì)導(dǎo)致方位譜存在非等間隔的問題，本章針對(duì)大斜視聚束提出一種改進(jìn)的極坐標(biāo)格式算法，通過建立新的成像坐標(biāo)系獲得了大斜視聚束 SAR圖像

4、，實(shí)驗(yàn)部分給出仿真結(jié)果，同時(shí)將此算法應(yīng)用于40°斜視角的斜視聚束實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，處理結(jié)果表明該算法具有一定的實(shí)用性。
　　4.針對(duì)極坐標(biāo)格式算法的波前彎曲假設(shè)限制成像范圍的問題提出一種將成像區(qū)域進(jìn)行分塊操作的大場景成像的極坐標(biāo)格式算法，首先將全孔徑數(shù)據(jù)進(jìn)行去斜操作，得到粗聚焦的圖像后，將整個(gè)場景沿距離向及方位向進(jìn)行分塊處理，在獲得分塊粗聚焦的場景后，將去斜的相位以整個(gè)場景中心的補(bǔ)償回來，同時(shí)以子塊的中心對(duì)粗聚焦圖像的中心為參考

5、進(jìn)行去斜操作，既保證了分辨率沒有過多損失，接下來對(duì)每個(gè)子塊數(shù)據(jù)進(jìn)行極坐標(biāo)插值，從而獲得了具有一定形變的子圖像，子圖像的分辨率與整幅場景的圖像分辨率相同，再對(duì)每幅子圖像進(jìn)行形變校正、拼接，從而得到了整幅場景的大圖像，這樣可以大大增加極坐標(biāo)格式算法的成像范圍，最終實(shí)驗(yàn)部分給出了仿真數(shù)據(jù)的處理結(jié)果，結(jié)果表明該算法能夠得到較好的成像結(jié)果。
　　5.針對(duì)頻帶合成存在相位跳變的問題，提出一種大斜視高分辨頻域帶寬合成算法，該方法首先對(duì)各個(gè)子頻帶

6、數(shù)據(jù)進(jìn)行非空變的斜距誤差補(bǔ)償。補(bǔ)償斜距誤差后對(duì)子頻帶數(shù)據(jù)脈壓并進(jìn)行帶寬合成，利用共用頻帶消除了由雷達(dá)與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起子帶之間相位的變化，從而使合成后的頻帶相位保持連續(xù)，在保證合成后的數(shù)據(jù)包絡(luò)及相位都連續(xù)的情況下，對(duì)合成后的數(shù)據(jù)進(jìn)行徙動(dòng)校正，從而完成了頻帶合成。最后給出了頻域帶寬合成的實(shí)驗(yàn)仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證，并對(duì)合成后的實(shí)測數(shù)據(jù)的距離分辨率進(jìn)行了分析，通過分析得知，距離分辨率得到了有效的提高。
　　6.針對(duì)傳統(tǒng)自聚焦算法運(yùn)算效率不

7、高的問題，提出一種基于盲同態(tài)自聚焦算法方法，在建立信號(hào)模型時(shí)與 MCA有很大的不同，MCA在時(shí)域建立數(shù)學(xué)模型，而該方法是在頻域建立模型。二者的相似之處在于都是通過建立子空間的方式估算運(yùn)動(dòng)誤差，該方法利用復(fù)倒譜和同態(tài)信號(hào)處理的思想。同態(tài)信號(hào)濾波作為一項(xiàng)非線性濾波的信號(hào)處理方法是由奧本海姆在1968年提出的，該項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用于光學(xué)圖像重建、醫(yī)學(xué)超聲波圖像重建、聲音信號(hào)及通信信號(hào)的重建。通常來說，盲同態(tài)解卷積可以在不知道圖像任何信息的情況下獲

8、得較為清晰的圖像。通過盲解卷積算法可以獲得醫(yī)學(xué)圖像的2維點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)，進(jìn)而可以提高圖像質(zhì)量。受到醫(yī)學(xué)應(yīng)用的啟示，本章提出的盲同態(tài)解卷積算法能夠有效地獲得散焦圖像子孔徑的相位誤差，從而可以得到載機(jī)飛行過程中的全孔徑運(yùn)動(dòng)誤差。本章主要包括：1)模糊核及同態(tài)信號(hào)數(shù)學(xué)模型的介紹；2)平滑不變子空間的建立；3)通過建立的希爾伯特子空間對(duì)相位進(jìn)行平滑濾波；4)最終給出了實(shí)驗(yàn)仿真及實(shí)測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。
　　7.提出一種微波凝視成像方法，其利用了天

9、線輻射的電磁信號(hào)在空間形成了時(shí)空二維隨機(jī)輻射場。時(shí)空二維隨機(jī)輻射場在空間的不同位置、不同時(shí)刻的場是隨機(jī)性變化的，通過天線輻射信號(hào)并對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行采集與預(yù)先存儲(chǔ)的二維隨機(jī)輻射場進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，從而能夠區(qū)分不同分辨單元內(nèi)的目標(biāo)。針對(duì)傳統(tǒng)凝視成像直接關(guān)聯(lián)算法得到圖像中目標(biāo)副瓣過高的問題提出對(duì)成像區(qū)域預(yù)存的兩維隨機(jī)輻射場分別進(jìn)行Bjorck-Schmidt正交化及Bjorck-Schmidt正交化處理，將預(yù)存輻射場進(jìn)行正交化處理后，減弱了鄰近單元