机载三维SAR高分辨成像

【摘要】：机载三维SAR成像技术是指在载机上悬挂单个或多个雷达阵元,通过单航或多航的SAR工作模式对地面场景进行三维成像的技术。它能够还原三维场景,更加客观全面地反映地物信息,对容易产生遮挡阴影的地区以及对场景的变化有快速监测需求的领域具有较大优势,是当前雷达领域的研究热点,具有重要的军事和民用价值。本文研究了机载线阵三维SAR成像技术,主要研究内容包括三部分:机载线阵三维SAR成像原理与阵列设计、三维成像算法、切航迹向超分辨成像方法。首先,研究了机载线阵三维SAR成像的基本理论。机载线阵三维SAR一般工作于下视模式,通过发射大带宽信号获得高度向的分辨力,利用合成孔径获取沿航迹向的分辨力,由挂载在机翼上的线阵获取切航迹向的分辨力。本文分别建立了基于收发同置阵列和基于收发分置阵列的机载线阵三维SAR成像模型,给出了分辨率公式,归纳了机载线阵三维SAR中MIMO雷达阵列的设计要求,并提出了一种基于空间卷积原理的切航迹向MIMO阵列的设计方法。其次,研究了机载线阵三维SAR成像算法。切航迹向线阵的空间采样与沿航迹向合成孔径时间采样的空时联合处理是机载线阵三维SAR成像的核心问题。本文介绍了常规的三维距离多普勒算法和三维距离迁移算法并将其扩展用于机载线阵三维SAR成像,分析了机载三维MIMO线阵SAR的三维谱域并提出了一种基于三维谱域填充的机载MIMO线阵三维SAR成像方法,通过分析三维谱域填充的密度及范围讨论了该算法的成像性能。最后,研究了机载线阵三维SAR超分辨成像方法。机载线阵三维SAR切航迹向的线阵范围及阵元数量受限于载机的机翼范围和载重能力,通过常规傅里叶方法进行成像会出现理论分辨率不足和旁瓣过高等问题,此时可通过超分辨算法来获取更好的切航迹向成像性能。本文分别讨论了数据完整条件下以及数据稀疏条件下的机载线阵三维SAR超分辨成像方法,通过建立线性观测模型将切航迹向的聚焦成像从三维成像中单独分离出来,并针对几种典型的场景引入了APES方法、奇异值分解方法、GAPES方法以及压缩感知方法用于切航迹向的超分辨成像。
【关键词】：合成孔径雷达 多输入多输出雷达 阵列设计 空间谱域 三维 成像 超分辨
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN957.52