无人机载SAR运动补偿和高分辨率成像算法研究

摘要

SAR能够实现地面的高分辨率成像，能够获取类似于光学照片的雷达图像，具有全天时、全天候的工作特点。无人机作为SAR的一种新型的载机平台，得到了广泛关注。SAR主要包括条带模式和聚束模式，聚束模式SAR因其具有较长的合成孔径时间，因而可以得到高的方位向分辨率，是SAR高分辨的主要成像模式。
　　本论文围绕0.05m×0.05m的分辨率要求，对UAV-SAR成像及运动补偿技术展开研究，主要工作如下：
　　（1）讨论SAR距离向分辨率和方位向分辨率，对条带模式SAR和聚束模式SAR进行对比分析。
　　（2）详细分析了聚束 SAR极坐标格式成像算法（ PFA），针对分辨率0.05m×0.05m的成像，在距离向插值中，出现了小范围数据缺失的情况，给出解释说明。并在无人机平台下，通过减小成像区域的范围，增加发射信号的脉冲宽度，来减小距离向波数的变化范围，进而避免距离向插值出现数据缺失的情况，最终完成无人机载平台下基于PFA算法的0.05m×0.05m的成像仿真。
　　（3）分析了运动误差对SAR回波数据的影响。研究了子视图相关法（MD）和相位梯度自聚焦算法(PGA)，进而给出分辨率为0.05m×0.05m的仿真结果。针对0.05m×0.05m的分辨率要求和无人机载SAR的特点，考虑误差引起的距离徙动对SAR成像的影响，给出一种运动补偿方法，对误差引起的距离徙动和相位误差进行校正，从而实现SAR高分辨成像。
　　综上所述，本论文围绕0.05m×0.05m的分辨率要求，研究UAV-SAR高分辨成像及运动补偿算法。基于PFA算法，给出0.05m×0.05m成像中出现数据缺失的解决方法和一种运动补偿算法，进而通过仿真进行验证。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 SAR发展历程及研究现状

1.3 本文的主要工作

1.4 本文的结构安排

第二章 SAR成像基本理论

2.1 引言

2.2 SAR成像原理

2.3 SAR距离向分辨率和方位向分辨率

2.4 条带SAR和聚束SAR成像模式比较

2.5 去调频技术

2.6 本章小结

第三章 聚束SAR极坐标格式成像算法

3.1 引言

3.2 极坐标格式成像算法

3.3 平面波近似

3.4 PFA成像限制条件

3.5 仿真结果及分析

3.6 本章小结

第四章 聚束SAR运动误差分析及运动补偿

4.1 引言

4.2 天线相位中心位置误差对回波数据影响的分析

4.3 多普勒参数估计

4.4 相位梯度自聚焦算法

4.5 基于PFA算法的相位误差和距离单元徙动的校正

4.6 本章小结

第五章 结论

5.1 本文工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果