多通道SAR成像处理技术研究

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合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种高分辨成像雷达,能够实时成像,其原理是通过脉冲压缩技术采用匹配滤波,实现距离向高分辨率,利用合成孔径技术通过雷达载体的运动来模拟等效的大孔径天线,获得沿平台运动方向的方位向高分辨率。与单通道SAR系统相比,多通道SAR因增加了通道数目而使回波数据有了冗余,系统自由度增加,能够获取更多目标的细节信息,适用于高分辨率成像和目标检测技术研究。多通道系统具有数据利用率高、系统成本低、灵活性强等优势,本文以此为背景,将子带拼接技术和旁瓣抑制技术同时应用到多通道SAR系统中,研究提出了基于IEEE802.11协议的多通道子带合成方法和基于双冲激因式分解的旁瓣抑制技术,本文主要的工作内容与创新如下:1、给出了 SAR成像的相关基本理论以及BP成像算法的原理。首先,介绍了SAR成像的回波信号模型;其次,分析了 SAR二维分辨率原理,明确了提高LFM信号带宽是实现SAR距离向高分辨率的关键所在;然后介绍了一些模糊函数理论;最后,分析了后向投影算法的原理及其步骤,阐述了其与其他频域算法相比的主要优势。2、研究了两种多通道子带合成方法。我们发现IEEE802.11ac的基带结构类似于SAR系统的结构,并且其频率覆盖范围能满足高分辨率SAR成像的要求。基于Wi-Fi协议开发低成本高分辨率SAR系统的可行性研究,为了获得更高的距离向分辨率,提出了基于IEEE802.11ac协议的多通道子带合成方法。首先,简要阐述了 Wi-Fi协议和SAR系统的关系以及子带拼接技术的两种合成信号;其次,研究了在信号域的多通道子带拼接方法,推导了该方法具体的步骤;通过仿真结果验证了该方法可以有效地提高距离向分辨率,精度约能达到0.5米。然后,介绍了图像域多通道子带拼接方法,简要描述了该方法的步骤。最后,分别仿真分析了在两种子带合成方法中,通道延时误差和通道幅相误差对成像结果的影响。3、提出了一种基于双冲激因式分解的旁瓣抑制方法。在基于IEEE802.11ac协议的多通道子带拼接方法中,由于频谱间隙的存在,与传统的SAR系统相比,合成结果会产生更高旁瓣,我们需要采用旁瓣抑制技术来加以处理,因此,介绍了旁瓣抑制中经典的方法加窗处理。然而,由于系统失真和相位噪声的存在,系统点扩散函数(PSF)的实际旁瓣是不规则的,甚至是不可分的,这可能会严重降低基于辛格函数的加窗处理的性能。针对加窗法的局限性,提出了基于双冲激因式分解的旁瓣抑制方法来处理很多不可分的问题。与其他方法相比,在迭代之前不需要PSF的确切表达式,并且通过贪婪策略在不断地更新迭代。此外,它的实现是相当简单且具有高维兼容性,这使它适合处理不可分的问题。
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