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双基合成孔径雷达(BistaticSyntheticApertureRadar,BiSAR)是一种将发射机和接收机放置于两个不同平台上的SAR。由于收、发平台的分置,可以根据不同的成像应用场景需求来配置相应运动平台的几何关系。与传统的单基SAR相比,双基SAR可以进行前视成像,获得丰富的目标信息,同时发射功率低、隐蔽性强,因此具有广阔的应用前景。
一站固定式双基SAR(One-stationarybistaticSAR,OSBiSAR)是指接收平台(发射平台)固定,发射平台(接收平台)移动的新体制双基SAR。由于其构型简单灵活,所以经常被用来验证双基SAR成像实验。这种一站固定式双基SAR构型虽然简单,但是收发平台之间的相对位置与方位慢时间相关,导致接收信号的回波数据具有二维空变的距离单元徙动、方位依赖的多普勒调频因子等,极大地增加了宽测绘带、高分辨率、大斜视角场景下的成像难度。考虑到以上情况,本文主要针对一站固定式双基SAR成像算法进行了深入研究。其主要研究内容如下:
1、针对大斜视角、高分辨率成像场景下回波信号的严重距离-方位耦合、距离徙动与多普勒调频因子的二维空变特性,提出了基于iso-ESBR(iso-equivalent-sum-of-bistatic-range,iso-ESBR)空变模型的一站固定式双基SAR算法。首先,结合距离单元徙动校正(RangeCellMigrationCorrection,RCMC)及KT(KeystoneTransfer)变换,完全去除了线性的距离徙动分量,降低了回波数据的距离-方位耦合程度;然后根据距离向预处理结果,推导了iso-ESBR距离等式,构建了用于分析方位空变的普勒勒调频因子的iso-ESBR空变模型;基于该空变模型,推导了扩展的非线性调频变标(ExtendedNonlinearChirpScaling,ENLCS)算法的多普勒调频变标因子,实现方位向均衡处理;最后进行了仿真实验,验证了所提成像算法的有效性。
2、针对宽测绘带、高分辨率模式下距离维成像宽度增大导致的剩余距离徙动和距离压缩项空变特性问题,改进了距离维处理算法,提出了高精度的全解析距离模型。首先,在二维频域进行了一致距离徙动校正和一致二次距离压缩处理,补偿了高阶距离徙动和距离压缩项;接着,根据距离维处理结果,提出了精度更高的全解析距离模型,揭示了点目标接收斜距的方位空变特性,消除了方位空变的距离偏置量,对后续的方位向聚焦处理提供了理论依据。
3、针对宽测绘带、大场景、高分辨率成像场景下二维空变的多普勒调频因子,提出了基于全解析距离模型的一站固定式双基SAR成像算法,提高了点目标的方位聚焦性能及方位维处理效果。首先,利用全解析距离模型推导出了多普勒调频因子与高阶多普勒相位项的近似表达式,分析了该表达式带来的多普勒相位误差影响,并进行了仿真评估及比较以验证模型的高精确度以及有效性。接着,基于多普勒调频因子近似表达式,推导了改进的ENLCS算法,提高了方位向的聚焦性能。最后给出了相关的仿真实验结果,验证该算法的有效性。
一站固定式双基SAR(One-stationarybistaticSAR,OSBiSAR)是指接收平台(发射平台)固定,发射平台(接收平台)移动的新体制双基SAR。由于其构型简单灵活,所以经常被用来验证双基SAR成像实验。这种一站固定式双基SAR构型虽然简单,但是收发平台之间的相对位置与方位慢时间相关,导致接收信号的回波数据具有二维空变的距离单元徙动、方位依赖的多普勒调频因子等,极大地增加了宽测绘带、高分辨率、大斜视角场景下的成像难度。考虑到以上情况,本文主要针对一站固定式双基SAR成像算法进行了深入研究。其主要研究内容如下:
1、针对大斜视角、高分辨率成像场景下回波信号的严重距离-方位耦合、距离徙动与多普勒调频因子的二维空变特性,提出了基于iso-ESBR(iso-equivalent-sum-of-bistatic-range,iso-ESBR)空变模型的一站固定式双基SAR算法。首先,结合距离单元徙动校正(RangeCellMigrationCorrection,RCMC)及KT(KeystoneTransfer)变换,完全去除了线性的距离徙动分量,降低了回波数据的距离-方位耦合程度;然后根据距离向预处理结果,推导了iso-ESBR距离等式,构建了用于分析方位空变的普勒勒调频因子的iso-ESBR空变模型;基于该空变模型,推导了扩展的非线性调频变标(ExtendedNonlinearChirpScaling,ENLCS)算法的多普勒调频变标因子,实现方位向均衡处理;最后进行了仿真实验,验证了所提成像算法的有效性。
2、针对宽测绘带、高分辨率模式下距离维成像宽度增大导致的剩余距离徙动和距离压缩项空变特性问题,改进了距离维处理算法,提出了高精度的全解析距离模型。首先,在二维频域进行了一致距离徙动校正和一致二次距离压缩处理,补偿了高阶距离徙动和距离压缩项;接着,根据距离维处理结果,提出了精度更高的全解析距离模型,揭示了点目标接收斜距的方位空变特性,消除了方位空变的距离偏置量,对后续的方位向聚焦处理提供了理论依据。
3、针对宽测绘带、大场景、高分辨率成像场景下二维空变的多普勒调频因子,提出了基于全解析距离模型的一站固定式双基SAR成像算法,提高了点目标的方位聚焦性能及方位维处理效果。首先,利用全解析距离模型推导出了多普勒调频因子与高阶多普勒相位项的近似表达式,分析了该表达式带来的多普勒相位误差影响,并进行了仿真评估及比较以验证模型的高精确度以及有效性。接着,基于多普勒调频因子近似表达式,推导了改进的ENLCS算法,提高了方位向的聚焦性能。最后给出了相关的仿真实验结果,验证该算法的有效性。