视频SAR运动补偿算法研究及成像软件实现

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视频合成孔径雷达(简称:视频SAR)是近年来快速发展的新SAR成像体制,可通过对场景中机动目标的持续监测,将观测区域的动态信息以连续图像的数据形式呈现出来,其高帧率、高分辨的成像能力实现了对场景中目标的实时成像。视频SAR成像中关键技术有高帧率、高精度成像算法与运动补偿算法等,本文对视频SAR成像过程中相关技术原理进行深入探究,论文的研究内容及主要创新点可分为以下三个方面:1.鉴于视频SAR具备高分辨、高帧率的成像能力,对比常规SAR,阐述了视频SAR高分辨、高帧率成像的基本原理,介绍了视频SAR圆周聚束的成像模式。比较了多种SAR成像算法,分析运动误差来源,阐述了相位梯度自聚焦算法的实现原理。最后,给出不同成像算法与自聚焦补偿后的成像结果。2.基于圆迹聚束模式,建立视频SAR运动误差模型。在真实成像过程中,雷达平台往往偏离理想运动轨迹,导致回波相位受到运动误差的影响。针对视频SAR成像过程中存在的运动误差问题,结合运动传感器误差数据,推导相位误差形式,提出三维空间相位解耦的误差补偿方案,通过将真实轨迹下APC点投影到地平面,利用去调频处理与重采样方法去除高度项,进而完成对高度误差的补偿,进一步简化相位误差至一维空变形式。同时,在简化后的二次相位误差基础上,提出基于子区域划分的自聚焦方法。通过对相邻相位校正向量之间进行线性插值,完成对子成像区域的空变误差补偿,进而实现对整个成像区域的误差补偿,保证成像图像的质量。3.针对不同成像场景与成像需求,设计了一款与视频SAR系统配套的成像软件。结合不同功能需求,给出成像软件结构化设计方案,并分模块进行具体实现。成像软件在微软Visual Studio软件开发工具下利用C#语言编程实现各模块功能,进而完成与雷达的交互,设置相关参数,控制雷达发射与接收回波信号;建立高效通信连接,进行数据传输与解析存储;根据不同成像任务,灵活选择成像模式与对应成像算法;软件用户界面实时显示成像结果与一维距离像。最后,给出相关仿真实验结果,验证了算法的有效性,并进行了三种模式下的雷达系统整机联调测试,完成了不同场景下的成像实验,通过软件成像结果与MATLAB下实测数据成像结果,验证了成像软件能实时准确地工作。
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