基于DBF的Ka波段滑动聚束SAR信号处理研究

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合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种成像雷达,追求更高的成像分辨率是其发展的必然趋势。Ka波段SAR以其图像分辨率高目标轮廓清晰的特性,得到了国内外学者的广泛关注,近几年随着Ka波段器件的发展,Ka SAR系统成为各国竞相研究的热点。传统条带模式SAR方位向分辨率受限于天线方位向尺寸,而减小天线尺寸在提高方位分辨率的同时却降低了天线增益,减小了天线的作用距离。滑动聚束模式的出现使得方位向分辨率突破了天线尺寸的限制,系统方位分辨率有了质的提高。因此,滑动聚束模式对实现高分辨率SAR成像具有重要的研究意义。  Ka波段SAR成像性能优异,但Ka频段信号受云雨等天气条件影响,衰减比较严重,这就导致系统接收信噪比降低,成像质量下降。与传统低频段SAR系统相比,在实现相同的测绘幅宽时需要较小的俯仰向天线尺寸,如果仍采用收发共阵的天线工作方式,系统损耗会很高。为了满足系统增益要求,同时保证峰值发射功率,系统功耗代价就会非常大,这在工程实现上极具难度。俯仰向数字波束形成(DBF)技术的出现很好的解决了上述问题,能在避免峰值发射功率过大的前提下保证足够的系统增益。这使得DBF技术在Ka频段SAR中的应用极具研究价值。  针对Ka波段SAR存在的窄天线发射系统增益不足和方位向残余带宽较大的问题,本文对基于DBF技术的Ka波段滑动聚束SAR信号处理进行了研究,论文的工作和创新性贡献主要有以下几方面:  (1)建模分析了Ka波段SAR高分辨率成像的模型,研究了雷达工作在滑动聚束这一高分辨率模式下的信号特征和信号处理方法。并在此基础上深入分析了传统解斜算法应用于Ka SAR系统时存在的问题,并针对存在的问题对处理算法进行了修改以更好的适应高频段滑动聚束SAR成像。  (2)研究分析了Ka波段SAR系统宽测绘带成像存在系统增益不足的问题。针对系统增益问题,俯仰向天线利用多孔径技术实现一发多收,并采用距离向数字波束形成(DBF)技术对回波进行处理,在获得宽测绘带的同时提高系统增益。  (3)在前期研究的基础上本文提出了一种Ka波段高分辨率宽测绘带SAR工作模型。论文对这一高分宽测模型的信号处理进行了系统的数学推导,并给出了成像处理流程。最后,针对该模型设计了一套机载KaSAR系统参数并做了仿真验证。
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