机载差分干涉SAR运动补偿技术研究

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1、囵幽中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：奎缢磊指导教师：工麦匿巫宜虽粱送壅班塞虽学位类别：王堂簋±学科专业：值曼生信息处堡研究所：史国垄乜堂陵虽王堂巫宜压2013年6月ResearchonMotionCompensationinAirborneDifferentialSyntheticApertureRadarInterferometryByLiY-anleiADissertationSubmittedtoTheUniversityofC

2、hineseAcademyofSciencesInpartialfulf'fllmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringInstituteofElectronics，ChineseAcedamyofSciencesJuly,2013研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国科学院电子

3、学研究所或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均己在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：詹焱魏日期：凶序占，妒关于学位论文使用权的说明本人完全了解中国科学院电子学研究所有关保留、使用学位论文的规定，其中包括：①电子所有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②电子所可以采用影印、缩印或其他复制手段复制并保存学位论文；③电子所可允许学位论文被查阅或借阅；④电子所可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤电子所可以公布学位论文的全部或

4、部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：毋漩锄导师签名：丁赤J日期：汕，夕，Z．，：．洳，害．6．》摘要差分干涉SAR是一种可对连续区域进行高精度形变监测的技术，目前星载差分干涉SAR技术已经发展得相对成熟，不过，分辨率低、重访周期长、飞行轨道固定是它固有的缺点。机载差分干涉SAR以其机动灵活的特点，可以有效弥补上述不足，在对局部地区进行高精度形变测量方面，机载差分干涉SAR具有非常广阔的应用前景。然而，机载差分干涉SAP,系统会受到运动误差的严重影响，这使得该技术在实现难度上大于星载差分干涉SAP

5、,技术。国外研究团队从提高载机平台的飞行控制能力和提高运动补偿精度两个方面展开了工作。在运动补偿方面，他们提出了多种空变、地形依赖运动补偿算法和多种残余运动估计算法。当载机平台不具备高精度飞行控制能力的时候，SAR系统往往会遇到大幅度、高频率的运动误差，这会给现有的运动补偿算法带来困难，使得机载差分干涉SAR技术的实现难度进一步提高。本论文从系统误差分析、基于运动测量数据的运动补偿和基于雷达回波数据的残余运动估计等三个方面开展了对机载差分干涉SAR运动补偿技术的研究，具体内容包括：针对双轨法和三轨法两种工作模

6、式进行了误差的比较分析。分析过程中，在充分考虑运动误差影响的基础上，通过对误差进行分解和归类明确了影响形变测量精度的误差来源，推导出两种工作模式下形变测量均方误差的解析表达式。通过对两种工作模式的误差进行比较，得出结论：在大幅度、高频率运动误差情况下，三轨法与双轨法相比优势并不明显，因此双轨法是机载差分干涉SAP．的首选工作模式。针对基于运动测量数据的运动补偿方法开展了研究，分析了大幅度、高频率运动误差对子孔径算法的影响，提出了一种改进的频域划分子孔径算法，解决了运动误差混叠、角．频对应关系失效和方位向的成对

7、回波等问题，在大幅度、高频率运动误差情况下实现了高精度运动补偿。针对基于雷达回波数据的残余运动估计方法开展了研究，归纳出残余运动估计中的关键问题，即：如何建立并求解关于残余运动的超定方程组；提出了一种新的估计精度分析方法，据此分析了超定方程组的系数矩阵对估计精度的影响，摘要并对系数矩阵的构造提出了改进措施；分析了系统相位偏置的影响，提出了一种线性、常数基线和系统相位偏置的联合估计方法；分析了形变相位的影响，提出了一种包含识别和剔除形变相位的残余基线估计方法。综上所述，本文的主要创新点包括：对机载差分干涉SAR

8、的双轨法和三轨法进行了误差比较分析，为系统误差分配和指标论证提供了理论基础；提出了一种针对大幅度、高频率运动误差的运动补偿算法，该算法可有效提高运动补偿精度；提出了一种新的残余运动估计精度分析方法，分析了影响估计精度的各种因素；为了提高残余运动的估计精度，从系数矩阵的构造和耦合误差的消除两个方面提出了改进措施。关键词：机载差分干涉sAR；双轨法；三轨法：误差分析；空变和地形依赖运动补偿；改进的频域划