基于波数域的圆周sar三维成像算法分析

《基于波数域的圆周sar三维成像算法分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景及研究的目的和意义自从进入20世纪以来，雷达就逐渐在探测方面凸显出它得天独厚的优势，并逐渐在军事上、民用上以及生活上发挥出极大的作用。伴随着科学技术的不断向前发展，越来越多的场合需要用到高分辨率雷达，在这种时代背景下催生了合成孔径雷达。合成孔径雷达(SAR)是21世纪最重要的工程发明之一，它的出现在多个领域都具有划时代的意义。在距离向上，SAR由发射机向外界发射信号（一般是线性调频信号），然后在时域上或者频域上利用匹配滤波来获得距离向的分辨能力；在方位向上，它通过运动轨迹上的多普勒频率来实现一个近似的合成孔径，在此

2、基础上对回波加以处理以实现方位向的分辨能力。为了获取观测场景更丰富的散射信息，要求现代微波遥感技术具有三维成像能力。但是我们知道，传统SAR成像只在方位向和距离向上具备二维分辨能力，在高度向上并不具有分辨能力，因此无法实现对观测场景的三维测绘；除此之外，传统SAR对地观测时，通常存在迎坡缩短、顶底倒置以及阴影遮挡等失真，对地形变换较快的地形不能实现良好地观测。可见，传统SAR技术已经不能满足这些新应用的需求。而若要实现目标的三维成像，最直接的方法是分别在高度向上以及水平面上对目标的信息进行提取，仅仅依赖于直线SAR，它将强行忽略目标的高度向信息实现二维成像。目前，三维

3、成像技术主要有干涉SAR、层析SAR、线阵SAR、曲线SAR和圆周SAR等技术。干涉SAR技术从严格意义上来说，并不具备高程信息的分辨能力，因为它是基于两副天线分别探测同一个目标而形成的相位差，来获取目标的高程信息。另外它无法分辨同一距离-方位单元内、不同高度上的散射中心；层析SAR其航过次数极大影响了成像质量，而多次飞行也使得成本较高；线阵SAR技术在高度向上很难合成比较大尺寸的孔径，因此在高度向上难以实现分辨能力；曲线SAR技术轨迹复杂，实现困难。圆周SAR技术是一种比较新兴的技术。考虑到它在运动过程中与聚束SAR类似，始终照射单一场景，因此可以把它看成特殊的聚束

4、SAR；另外与-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文曲线SAR类似，其运动轨迹为一条曲线，但它在高度向上并没有合成孔径。这种模式即雷达载体在一定的高度面内，以某半径长做圆周运动，在这个运动过程中雷达始终以观测场景的中心为圆心，且波束一直照向同一块区域面。传统直线SAR通过改变信号带宽来影响距离向分辨率，而利用合成孔径长度来影响方位向分辨能力，但合成孔径长度取决于雷达跟目标之间的观测角。因此圆周SAR和常规直线轨迹SAR模式相比，最大的优势在于在某一高度上雷达随平台作匀速圆周运动，波束始终指向同一场景区域。这种情况下，首先，目标各向散射特性都可以被很好的获得，这对高精度下

5、的目标识别具有重大意义；其次，这种模式可以让波数域有效带宽增大，有助于实现低波段高分辨成像；最后，正因为它的特殊运动轨迹，使得雷达可以获取目标的3维位置信息，在减小迭掩、迎坡缩短等现象方面具有极大意义。因此，考虑到圆周SAR的这些优点，其在军事和民用等领域具有鲜明的应用潜力，目前为止以及得到了广泛的应用。另外，圆周SAR相比于其他的三维成像技术，还有另外一个优点即其系统结构简单，只需要利用一根天线即可，同时只要经过一次圆周飞行，并获取目标的回波数据，最后经过一系列的处理即可对目标进行成像，也就是说，这种模式在不需要改变现有SAR系统结构的情况下就可以实现目标三维成像。

6、除此之外，考虑到圆周SAR始终沿着单一轨迹运行，因此在后续的处理中，省去了图像配准这个步骤，更有益于实现成像。因此，圆周SAR成像技术正成为雷达成像领域中新的研究热点。1.2国内外研究现状及分析常规直线SAR在小角度观测下对目标识别过程中会存在漏警现象，因此早在上世纪90年代中期，国外学者就提出了圆周SAR的概念。因为圆周SAR在运行过程中是对目标进行全方位观测，因此它能够很好地解决目标的高信噪比SAR特征只能在有限的角度范围内被观测到这一问题。目前为止，圆周SAR成像技术的研究经历了实验室研究和机载实验研究两个阶段。1.2.1国外圆周SAR成像技术的算法研究现状近年

7、来，国外很多研究人员都对圆周SAR进行了深入地研究，在理论认识、算法分析以及系统设计等方面都有所建树，这对圆周SAR系统的快速发展具有极大的意义。上个世纪90年代初，圆周SAR这个概念首次被美国研究人员Knaell等人-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文提出，在这以后越来越多的研究者们开始广泛关注圆周SAR，并对其独有特点展开研究[1]-[4]。1996年，MehrdadSoumekh教授是第一个提出了圆周SAR成像模式的人，他在时间上给出了圆周SAR回波信号模型，提出了斜距平面内的格林函数，并且基于将回波信号从时域变换到频域，进而推导出了一个较为完