雙站合成孔徑雷達(dá)成像波數(shù)域解決方案.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)（SAR）具有全天候、全天時(shí)工作和高分辨率的成像能力，是一種重要的對(duì)地觀測(cè)工具，在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。 科學(xué)工作者最近幾年把更多的目光投向雙站合成孔徑雷達(dá)（Bistatic SAR）研究領(lǐng)域，這與雙站合成孔徑雷達(dá)自身的特點(diǎn)是分不開的。雙站合成孔徑雷達(dá)，即雙站SAR的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)安裝在不同的平臺(tái)上，可以有不同的空間位置和運(yùn)動(dòng)速度。雙站SAR是分布式合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的典型代表，是分布式合成孔徑雷達(dá)系

2、統(tǒng)的基本模型，更是研究分布式合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的突破口。雙站SAR或分布式合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)具有獲取信息豐富、天線方向靈活、抗干擾性能強(qiáng)、抗截獲性能好和雷達(dá)散射截面積（RCS）特性好等優(yōu)點(diǎn)。在軍事上，星載雙站SAR以其機(jī)動(dòng)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(shì)，但是很多相關(guān)的技術(shù)問題，諸如基地間同步、天線方向、軌跡測(cè)量和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)葐栴}還有待解決。同時(shí)隨著這些技術(shù)問題的不斷突破，雙站信號(hào)處理問題開始制約雙站SAR成像的

3、進(jìn)一步發(fā)展，很多和雙站成像算法相關(guān)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(duì)衛(wèi)星飛過目標(biāo)時(shí)形成的方位多普勒信號(hào)進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)的。理論上雙站SAR成像也可以用單站算法的改進(jìn)形式實(shí)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(dá)到目標(biāo)雙程距離更為復(fù)雜，且距離徙動(dòng)量更大，用一般的改進(jìn)算法難以達(dá)到理想的成像效果。 到目前為止，有關(guān)雙站合成孔徑雷達(dá)成像理論和技術(shù)方面的公開文獻(xiàn)并不多見。近兩年

4、提出的雙站構(gòu)型的數(shù)學(xué)建模為雙站SAR成像理論的發(fā)展翻開了嶄新的一頁(yè)。新的理論提供了精確描述發(fā)射雷達(dá)和接收雷達(dá)飛行軌跡的矢量模型，同時(shí)將地面點(diǎn)目標(biāo)的響應(yīng)在距離－時(shí)間域上建模。時(shí)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(jī)遇。 波數(shù)域算法是在波數(shù)域?qū)崿F(xiàn)場(chǎng)景圖像的重建。無論雷達(dá)斜視角如何，也不管場(chǎng)景大小，波數(shù)域算法都能對(duì)整個(gè)區(qū)域基于散射點(diǎn)模型而不加其他近似條件實(shí)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(diǎn)，論文試圖通過對(duì)改進(jìn)的波數(shù)域算法和一般雙站構(gòu)型的數(shù)學(xué)建模的研究，進(jìn)一步發(fā)展雙站SAR成像算法，并通過大場(chǎng)景點(diǎn)目標(biāo)仿真結(jié)果驗(yàn)證理論分析的正確性。 論文首先介紹了雙站合成孔徑雷達(dá)成像的基本原理和研究現(xiàn)狀，指出了雙站雷達(dá)的主要特點(diǎn)和有待突破的關(guān)鍵技術(shù)，并適當(dāng)闡述了其發(fā)展前景。論文對(duì)合成孔徑雷達(dá)波數(shù)域算法進(jìn)行了分析，從波數(shù)域的基本概念和物理意義開始詳細(xì)推導(dǎo)了波數(shù)域算法實(shí)現(xiàn)的基本過程，給出了單站SAR成像波數(shù)域算法的實(shí)現(xiàn)和仿真

6、結(jié)果，選取合適的參考距離和適當(dāng)復(fù)雜度的Stolt插值是算法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。論文對(duì)經(jīng)典波數(shù)域算法進(jìn)行了一定的改進(jìn)，包括通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)改進(jìn)Stolt插值和對(duì)參考距離的改進(jìn)，這些改進(jìn)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(jié)果的證實(shí)。論文將雙站合成孔徑雷達(dá)補(bǔ)償法成像技術(shù)和波數(shù)域算法結(jié)合起來，提出并發(fā)展了雙站SAR補(bǔ)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(gòu)型下補(bǔ)償法成像的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和基本處理方法，然后遵循從一般到特殊的原則，簡(jiǎn)化了特

7、殊構(gòu)型下的補(bǔ)償法成像算法。然后在補(bǔ)償法成像的基礎(chǔ)上引入改進(jìn)的波數(shù)域算法的思想，提出了與發(fā)射雷達(dá)和接收雷達(dá)斜視角同時(shí)相關(guān)的坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算方法，使得通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)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(jié)果證實(shí)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(bǔ)償法解決雙站合成孔徑雷達(dá)成像問題的角度，以雙站SAR回波傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)推導(dǎo)新的雙站SAR成像算法處理方案。推導(dǎo)從雙站平行飛行的特殊構(gòu)型出發(fā)，給出了一種基于線性逼近和相位補(bǔ)