雙站合成孔徑雷達成像波數(shù)域解決方案.pdf

1、合成孔徑雷達（SAR）具有全天候、全天時工作和高分辨率的成像能力，是一種重要的對地觀測工具，在軍事和國民經濟的許多領域有著重要的應用。 科學工作者最近幾年把更多的目光投向雙站合成孔徑雷達（Bistatic SAR）研究領域，這與雙站合成孔徑雷達自身的特點是分不開的。雙站合成孔徑雷達，即雙站SAR的發(fā)射機和接收機安裝在不同的平臺上，可以有不同的空間位置和運動速度。雙站SAR是分布式合成孔徑雷達系統(tǒng)的典型代表，是分布式合成孔徑雷達系

2、統(tǒng)的基本模型，更是研究分布式合成孔徑雷達系統(tǒng)的突破口。雙站SAR或分布式合成孔徑雷達系統(tǒng)具有獲取信息豐富、天線方向靈活、抗干擾性能強、抗截獲性能好和雷達散射截面積（RCS）特性好等優(yōu)點。在軍事上，星載雙站SAR以其機動性和隱蔽性更有其廣泛的用途。盡管Bi-SAR有著如此突出的優(yōu)勢，但是很多相關的技術問題，諸如基地間同步、天線方向、軌跡測量和運動補償?shù)葐栴}還有待解決。同時隨著這些技術問題的不斷突破，雙站信號處理問題開始制約雙站SAR成像的

3、進一步發(fā)展，很多和雙站成像算法相關的問題還沒有得到解決。 與單站SAR一樣，星載雙站SAR方位高分辨率也是通過對衛(wèi)星飛過目標時形成的方位多普勒信號進行處理實現(xiàn)的。理論上雙站SAR成像也可以用單站算法的改進形式實現(xiàn)，但是由于雙站收發(fā)距離和的變化規(guī)律較單站SAR雷達到目標雙程距離更為復雜，且距離徙動量更大，用一般的改進算法難以達到理想的成像效果。 到目前為止，有關雙站合成孔徑雷達成像理論和技術方面的公開文獻并不多見。近兩年

4、提出的雙站構型的數(shù)學建模為雙站SAR成像理論的發(fā)展翻開了嶄新的一頁。新的理論提供了精確描述發(fā)射雷達和接收雷達飛行軌跡的矢量模型，同時將地面點目標的響應在距離－時間域上建模。時空域上的建模為更靈活的雙站SAR成像算法的研究提供了發(fā)展機遇。 波數(shù)域算法是在波數(shù)域實現(xiàn)場景圖像的重建。無論雷達斜視角如何，也不管場景大小，波數(shù)域算法都能對整個區(qū)域基于散射點模型而不加其他近似條件實現(xiàn)無幾何形變的完全聚焦。雙波數(shù)域處理的靈活性更是波數(shù)域算法不

5、可忽視的特點，論文試圖通過對改進的波數(shù)域算法和一般雙站構型的數(shù)學建模的研究，進一步發(fā)展雙站SAR成像算法，并通過大場景點目標仿真結果驗證理論分析的正確性。 論文首先介紹了雙站合成孔徑雷達成像的基本原理和研究現(xiàn)狀，指出了雙站雷達的主要特點和有待突破的關鍵技術，并適當闡述了其發(fā)展前景。論文對合成孔徑雷達波數(shù)域算法進行了分析，從波數(shù)域的基本概念和物理意義開始詳細推導了波數(shù)域算法實現(xiàn)的基本過程，給出了單站SAR成像波數(shù)域算法的實現(xiàn)和仿真

6、結果，選取合適的參考距離和適當復雜度的Stolt插值是算法實現(xiàn)的關鍵。論文對經典波數(shù)域算法進行了一定的改進，包括通過坐標旋轉改進Stolt插值和對參考距離的改進，這些改進在斜視情況下是有意義而且有效的，其有效性得到了仿真結果的證實。論文將雙站合成孔徑雷達補償法成像技術和波數(shù)域算法結合起來，提出并發(fā)展了雙站SAR補償法成像的波數(shù)域解決方案。其中首先給出了一般雙站構型下補償法成像的數(shù)學推導和基本處理方法，然后遵循從一般到特殊的原則，簡化了特

7、殊構型下的補償法成像算法。然后在補償法成像的基礎上引入改進的波數(shù)域算法的思想，提出了與發(fā)射雷達和接收雷達斜視角同時相關的坐標旋轉角的計算方法，使得通過坐標旋轉能夠成功獲得有限區(qū)域波數(shù)譜上完整的有效數(shù)據(jù)。仿真結果證實了這一算法思想的可行性和有效性。論文最后試圖站在不同于補償法解決雙站合成孔徑雷達成像問題的角度，以雙站SAR回波傳遞函數(shù)為基礎推導新的雙站SAR成像算法處理方案。推導從雙站平行飛行的特殊構型出發(fā)，給出了一種基于線性逼近和相位補