文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
双站合成孔径雷达成像波数域解决方案
姓名:王伊凡
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:刘兴钊
20070101
上海交通大学工学硕士学位论文
双站合成孔径雷达成像波数域解决方案
摘要
合成孔径雷达(SAR)具有全天候、全天时工作和高分辨率的成
像能力,是一种重要的对地观测工具,在军事和国民经济的许多领域
有着重要的应用。
科学工作者最近几年把更多的目光投向双站合成孔径雷达
(Bistatic SAR)研究领域,这与双站合成孔径雷达自身的特点是分
不开的。双站合成孔径雷达,即双站 SAR 的发射机和接收机安装在不
同的平台上,可以有不同的空间位置和运动速度。双站 SAR 是分布式
合成孔径雷达系统的典型代表,是分布式合成孔径雷达系统的基本模
型,更是研究分布式合成孔径雷达系统的突破口。双站 SAR 或分布式
合成孔径雷达系统具有获取信息丰富、天线方向灵活、抗干扰性能强、
抗截获性能好和雷达散射截面积(RCS)特性好等优点。在军事上,
星载双站 SAR 以其机动性和隐蔽性更有其广泛的用途。尽管 Bi-SAR
有着如此突出的优势,但是很多相关的技术问题,诸如基地间同步、
天线方向、轨迹测量和运动补偿等问题还有待解决。同时随着这些技
术问题的不断突破,双站信号处理问题开始制约双站 SAR 成像的进一
步发展,很多和双站成像算法相关的问题还没有得到解决。
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与单站 SAR 一样,星载双站 SAR 方位高分辨率也是通过对卫星飞
过目标时形成的方位多普勒信号进行处理实现的。理论上双站 SAR 成
像也可以用单站算法的改进形式实现,但是由于双站收发距离和的变
化规律较单站 SAR 雷达到目标双程距离更为复杂,且距离徙动量更
大,用一般的改进算法难以达到理想的成像效果。
到目前为止,有关双站合成孔径雷达成像理论和技术方面的公开
文献并不多见。近两年提出的双站构型的数学建模为双站 SAR 成像理
论的发展翻开了崭新的一页。新的理论提供了精确描述发射雷达和接
收雷达飞行轨迹的矢量模型,同时将地面点目标的响应在距离-时间
域上建模。时空域上的建模为更灵活的双站 SAR 成像算法的研究提供
了发展机遇。
波数域算法是在波数域实现场景图像的重建。无论雷达斜视角如
何,也不管场景大小,波数域算法都能对整个区域基于散射点模型而
不加其他近似条件实现无几何形变的完全聚焦。双波数域处理的灵活
性更是波数域算法不可忽视的特点,论文试图通过对改进的波数域算
法和一般双站构型的数学建模的研究,进一步发展双站 SAR 成像算
法,并通过大场景点目标仿真结果验证理论分析的正确性。
论文首先介绍了双站合成孔径雷达成像的基本原理和研究现状,
指出了双站雷达的主要特点和有待突破的关键技术,并适当阐述了其
发展前景。论文对合成孔径雷达波数域算法进行了分析,从波数域的
基本概念和物理意义开始详细推导了波数域算法实现的基本过程,给
出了单站 SAR 成像波数域算法的实现和仿真结果,选取合适的参考距
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离和适当复杂度的 Stolt 插值是算法实现的关键。论文对经典波数域
算法进行了一定的改进,包括通过坐标旋转改进 Stolt 插值和对参考
距离的改进,这些改进在斜视情况下是有意义而且有效的,其有效性
得到了仿真结果的证实。论文将双站合成孔径雷达补偿法成像技术和
波数域算法结合起来,提出并发展了双站 SAR 补偿法成像的波数域解
决方案。其中首先给出了一般双站构型下补偿法成像的数学推导和基
本处理方法,然后遵循从一般到特殊的原则,简化了特殊构型下的补
偿法成像算法。然后在补偿法成像的基础上引入改进的波数域算法的
思想,提出了与发射雷达和接收雷达斜视角同时相关的坐标旋转角的
计算方法,使得通过坐标旋转能够成功获得有限区域波数谱上完整的
有效数据。仿真结果证实了这一算法思想的可行性和有效性。论文最
后试图站在不同于补偿法解决双站合成孔径雷达成像问题的角度,以
双站 SAR 回波传递函数为基础推导新的双站 SAR 成像算法处理方案。
推导从双站平行飞行的特殊构型出发,给出了一种基于线性逼近和相
位补偿的处理过程,并通过进一步分析提出了一种具体的解决方案。
关键字:双站合成孔径雷达,波数域算法,双站补偿法成像,场景仿
真
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Wave Number Domain Solution
for Image Formation of Bistatic SAR