机载合成孔径雷达实时成像的工程化研究

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高分辨率和超高分辨率成像技术从理论走向实现以及应用是机载合成孔径雷达(SAR)的发展方向。目前各发达国家正在争相研制具有更高分辨率的机载SAR系统。本文的研究工作紧紧围绕本研究组正在研制的高分辨率机载SAR实时处理机展开,讨论了工程化过程中的几个难点问题,对SAR实时处理机实现中的I/Q校正,运动补偿问题和前斜视成像实现进行了研究。 I/Q通道不平衡是采集SAR回波信号首先面临的问题。I/Q通道的幅相不平衡会在信号负频率处产生镜像电平,对信号检测产生严重的干扰。本文研究SAR的回波信号,采用的成像方法实质是匹配滤波聚焦方法,当I/Q相位、幅度不平衡在一个孔径内是常数时,经过I/Q校正与未经过I/Q校正对信号图象聚焦影响区别不大,考虑到本实时处理机的运算量要求,在SAR系统中可以不采用I/Q校正。 运动补偿是机载高分辨率成像不可分割的一部分,是得到机载高分辨率图像的根本保证。本文提出一种适合于本实时处理机的整体运动补偿方案的实现方法,其中一阶运动补偿在处理机实现中不可缺少;二阶运动补偿计算量大且补偿相位较小,考虑到处理机运算量和实时性要求,可以不采用;自聚焦采用嵌入式。另外本文研究了运动补偿中的几何校正问题,提出一种校正几何失真的方法,利用PGA自聚焦的结果,通过相位相乘,校正图象的几何失真。本文还研究一阶运动补偿中的重采样问题,提出当运动误差超过一个距离门时,就要重采样,重采样在一个距离门内不准时不影响信号的聚焦,只影响信号的幅度。 本SAR实时处理机兼有前斜视成像模式,本文提出两种方法将正侧视数据转换为供前斜视成像的数据。一是直接法,直接利用大的方位波束角前斜成像,易于实现,但受到成像范围的限制,本文所用E-SAR数据,前斜角可达7<。>。二是间接法,根据前斜SAR的几何关系,在正侧视数据的基础上构造前斜回波数回波数据,方法是在距离维增加一个速度矢量,改变前向速度和雷达视线的夹角,构成等效的前斜角。在转换角小于15°时,这种方法是可行的。 前斜式SAR成像有其特殊性,合成孔径积累时间,距离徙动,多普勒带宽,分辨率等参数都会发生变化,导致成像算法产生误差,本文比较了四种成像算法的优缺点。同时对大前斜角下R的三次展开引起的三次相位误差,对图像造成的不对称旁瓣,提出了初步的改进方法。
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