机载合成孔径雷达成像及定位.pdf

1、西安电子科技大学硕士学位论文机载合成孔径雷达成像及定位姓名：裘磊申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：保铮;邢孟道20060101摘要雷达成像技术应用最广的方面是合成孔径雷达(S y n t h e t i cA p e n I l R a d a r，简称S A R)。当前，机载和星载S A R 的应用已十分广泛，已可得到亚米级的分辨率，场景图像的质量可与同类用途的光学图像相媲美。利用S A R 的高分辨能力，并结合其它雷达技术，S A P,还可完成场景的高程测量，以及在场景中显示地面运动目标(G M T I)，这时如何提高事后成像场景质量和以及对目标点的定位，成为了重要的研究课题

2、。8 A R 技术的研究一般是建立在S A R 成像的基础上。而对于S A R 成像原理的理解和成像算法的实现是S A R 成像的必要条件。本文首先从物理概念中雷达如何得到距离向和方位向的高分辨率的角度对S A R 成像原理进行了介绍，然后对S A Rr 常用的成像算法进行了论述。合成孔径雷达在当今社会之所以需求迫切是与国际形式密不可分的，特别在军事领域。它的任务就是发现目标，观测战场环境，为摧毁敌目标和制定作战计划作准备，因此目标点成像质量的提高和定位成为了S A R 成像领域的一个重要课题。本文将介绍一种提高事后成像场景的自适应算法一空间变迹法，它为场景中的目标点的定位，特别是在城市强反射

3、背景情况下的目标点定位打下坚实的基础。在此基础上简单讨论在雷达正侧视和小斜视情况下目标点的定位方法。关键词：合成孔径雷达成像原理或像算法定位空间变迹法A B S T R A C TS A Ri st h em o s tw i d e l yu s e dt e c h n i q u eo ft h em d a ri m a g i n g N o w,t h ea i r b o r n ea n dt h es p a c e b o r n eS A Ra r ew i d e l yu s e d，t h es u b-m e t e rr e s o l u t i o nc a

4、 r lb ea c h i e v e d，t h eq u a l i t yo ft h es c e n ei m a g e sa r ea sw e l la st h a to ft h eo p t i c a li m a g e so ft h es a m ec l a s s U s i n gt h eh i g hr e s o l u t i o na b i l i t yo fS A Ra n di n c o r p o r a t i n gt h eo t h e rr a d a rt e c h n i q u e s，S A P,c a nb eu

5、 s e dt or e t r i e v et h et e r r a i nd i g i t a le l e v a t i o nm o d e l(D E M)a n dd e t e c tt h eg r o u n dm o v i n gt a r g e t s S oh o wt oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h es c e n ei m a g ea n dl o c a t et h et a r g e tp r o p e r l yb e c o m ea l li m p o r t a n tt a s k

6、 T h es t u d yo nt h et e c h n i q u eo fS A P i su s u a l l yb a s e do nt h eS A Ri m a g i n g，t h eu n d e r s t a n d i n go f t h eS A Ri m a g i n gt h e o r ya n dt h er e a l i z a t i o no f t h ei m a g i n ga l g o f i t l a ma r et h en e c e s s a r yc o n d i t i o nf o rS A Ri m a

7、 g i n g 1 r I 圮t h e o r yo ft h eS A Ri m a g i n gi si n t r o d u c e di nt h i sp a p e ri nt h ev i e wo fh o wt h eh i g I lr e s o l u t i o no ft h er a n g ed i r e c t i o na n da z i m u t hd i r e c t i o ni sa c h i e v e db yt h er a d a ri np h y s i c a lc o n c e p t i o n，a n df o

8、 l l o w e db yad i s c u s s i o no f t b eu s u a lS A Ri m a g i n ga l g o r i t h m，T h ef c a$o l lw h yt h eS A Ra r en e e d e de x i g e n t l yl i e si nt h eg l o b a lp o s t u r e，e s p e c i a l l yi nt h em a r t i a lr e g i o n T h et a s ko ft h eS A Ri st od i s c o v e rt h et a

9、r g e t s，s u r v e i l l a n c et h eb a t t l e f i e l de n v i r o n m e n ta n dp r e p a r ef o rd e s t r o y i n ga n ds e t t i n gd o w nap l a n，S Oh o wt oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h et a r g e ta n dl o c a t et h et a r g e tp r o p e r l yb c e o l n e 锄i m p o r t a n tt a

10、s k i nt h i sp a p e r I ti si n t r o d u c e di nt h i sp a p e rak i n do fa d a p t i v ea l g o r i t h m-S p a t i a l l yV a r i a n tA p o d i z a t i o nw h i c he a r li m p r o v et h eq u a l i t yo fi m a g i n gs c e n ea n dm a k e saf i r mf o u n d a t i o nf o rt h et a r g e tl o

11、 c a t i o ni ns t r o n gr e f l e c t e ds c e n e，e s p e c i a l l yi nt h es t r o n gr e f l e c m ds c e f l eo f c i t i e s W eh a v eab r i e f d i s c u s so f t h em e t h o do ft a r g e tl o c a l i o nu n d e rt h ec o n d i t i o no fb r o a ds i d ea n ds m a l ls q u i n tm o d ei

12、nS A Rb a s e do nt h i sf o u n d a t i o n K e yw o r d：S y n t h e t i cA p e r t u r eR a d a rT h et h e o r yo ft h eS A Rl m a g i n gi m a g i n ga l g o r i t h ml o c a t i o nS p a t i a l l yV a r i a n tA p o d i z a t i o n独创性(或创新性)声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和

13、致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的 晚明并袭示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名求石农石石日期兰翌!：!：!关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究尘在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保匿送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以

14、公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文(保密的论文在解密后遵守此规定)本人签名：导师签名：舞日期2 1 1 1：五同期2 丝墨：Z：幺第一章绪论第一章绪论1 1 雷达成像及其发展历史成像作为雷达的一个新的功能在国内外已被广泛应用。它具有全天候、全天时、远距离成像的特点，它不仅能对目标显示，而且它可以在能见度极差的气象条件下得到类似光学照相的高分辨率雷达图像，可以大大提高雷达的信息获取能力，特别是战场感知能力。现在国外对战场感知要求高的雷达均配有二维成像功能，其对军用(战场侦察、目标识别、对地攻击等、和民用(天体观测，地形测绘、海洋观测、灾情预报、农作物评估等)均

15、有重大实用价值。合成孔径雷达I“u I 按波束扫描方式一般又可分为三种模式：条带式S A g、聚束式S A R 和扫描式S A R。它们的工作原理都是相同的，即通过雷达发射宽频带信号使目标在雷达视线方向(纵向)具有较高的分辨率，再利用目标与雷达之间的相对运动，在不同的位置处雷达发射多次脉冲合成出一个孔径很宽的阵列，然后对接收到的目标回波进行相干处理得到目标在与雷达视线垂直方向(横向)的高分辨率，从而得到目标的二维分辨像。1 9 5 1 年6 月美国古德伊尔公司(G o o d y e a r)的C a r lW i l e y 首次提出可以利用多普勒分析的方法改善雷达的方位分辨率，他称之为多普

16、勒波束锐化0 9 a s)t 1 2 1。与此同时I l l i n o i s 大学的S h e r w i n 等人也独立地进行实验，并于1 9 5 3 年7 月得到了第一张非聚焦型的合成孔径雷达图像。1 9 5 3 年夏，在美国M i c h i g a n 大学的一个暑期讨论会上，许多学者明确提出了合成孔径的新概念，并认识到合成孔径的工作方式有聚焦和非聚焦之分。1 9 5 7 年8 月M i c h i g a n 大学雷达和光学实验室的C u t r o n a 和L e i t h 等人研制的合成孔径雷达进行了飞行实验，获得了第一张大面积的聚焦型合成孔径雷达图像【1 3 l。从此。合成孔径雷达得到了世界上的广泛承认，并开始迅速发展。S A R 从其载体上可以分为机载S A R 和星载S A l t。机载S A R 经过几十年的发展已经有多种类型，如德国的E S A R、丹麦的K R A S 等。E-S A R 是德国宇航院无线电技术所从1 9 8 0 年开始研制的L C 波段机载S A R 系统。该系统的分辨率可达2 米以下，并能进行实时成像。E-S A R 系统已广泛进行