搜索
分类号密级UDC学校代码10497学位论文题目合成孔径雷达(SAR)成像技术研究英文题目StudyonSyntheticApertureRadar(SAR)ImagingTechniques研究生姓名黄红星姓名卢凌职称教授学位单位名称信息工程学院邮编430063指导教师申请学位级别硕士学科专业名称信号与信息处理论文提交日期2003.2论文答辩日期2003.3学位授予单位武汉理工大学学位授予日期答辩委员会主席评阅人2003年3月武汉理工大学硕士学位论文摘要合成孔径雷达(SAR)是一种新型的高分辨率雷达体制，具有全天候、全天时、远距离、高分辨成像的工作能力，是雷达成像技术的一个重要分支，它借助于脉冲压缩技术实现距离维的高分辨，借助于方位多普勒分析的技术实现方位维的高分辨，已广泛运用于军事及民用领域，它对国防技术现代化、国民经济建设都具有十分重要的意义。SAR成像处理算法中，昀经典的要算距离-多普勒(R-D)算法，R-D算法显著地提高了计算效率，成为正侧视SAR中昀为通用的成像算法，但其插值运算带来了附加计算量以及图像失真，为解决这个问题，各国学者先后提出了改进的R-D算法、波方程算法、子孔径算法、Chirp-Scaling算法及其改进算法等。本文结合国防十五预研项目“‘3S’集成技术在雷达中的运用研究”课题的研究，利用某型机载SAR录取的黄河数据对距离-多普勒算法、Chirp-Scaling算法和改进的Chirp-Scaling算法进行了研究。论文的第一章绪论介绍了课题的研究意义，阐述了国内外SAR成像技术的发展趋势、本文的主要研究内容及关键技术。第二章归纳总结了合成孔径雷达的分类、发展及其趋势。第三章分析了合成孔径雷达的高分辨率原理以及成像原理，并进行了其高分辨率的多普勒分析。第四章着重研究了合成孔径雷达的三种常用成像算法：R-D算法、波方程算法、C-S算法，并提出了针对C-S算法的一种改进C-S算法，进行了详细的推导。第五章对基本的R-D算法、改进的C-S算法进行了实测数据成像实现，并对这两种算法的性能作了比较。昀后一章对全文的研究工作进行了归纳总结，还指出了有待进一步研究的问题。关键词：合成孔径雷达，距离徙动校正，距离-多普勒算法，Chirp-Scaling算法，改进的Chirp-Scaling算法I武汉理工大学硕士学位论文AbstractSyntheticApertureRadar(SAR)isakindofhighresolutionimagingradar,whichhasbeendevelopedsince1950s.UsingSARwecanobtainhigh-resolutionradarimagesunderallweather,dayandnightandlongdistanceconditions.Soitisofhighvalueinmilitaryandcivilapplications.IntheSARimagingalgorithms,themostpopularalgorithmisRange-Doppler(R-D)algorithm.TheR-Dalgorithmimprovescalculationefficiencyobservably,butitsinterpolationbringsadditionalcalculationandimagedistortion.ThenallkindsofimagingalgorithmsappearedsuchasimprovedR-Dalgorithm,WavenumberDomainalgorithm,Chirp-Scaling(C-S)algorithmandimprovedC-Salgorithmetc.InaccordancewiththeNationalDefensePreliminaryResearchProject,weresearchR-Dalgorithm,C-SalgorithmandimprovedC-SalgorithmusingtherawdatarecordedbyanairborneSAR.Intheintroductiontothisdissertation,theresearchsignificationsanddevelopmentsofSARimagingtechniquesarereviewed.Themaincontributionofthisdissertationisalsosummarizedhere.Inchapter2,wesummarizedtheclassificationanddevelopmentoftheSyntheticApertureRadar.Inchapter3,weparticularlyintroducetheprincipleofhigh-resolutionandimaging.TheDoppleranalysisofhigh-resolutionisalsodiscussed.Inchapter4,theR-Dalgorithm,WavenumberDomainalgorithmandC-Salgorithmarestudied.AndweparticularlydeducetheimprovedC-Salgorithm.Inchapter5,therealtimedataisimagedintheR-DalgorithmandimprovedC-Salgorithm.Andtheresultsofimagesarecompared.Intheend,conclusionsaremadeandthepossiblefutureworkisexplained.Keywords:SyntheticApertureRadar(SAR),RangeCellMigrationCorrection(RCMC),Range-Doppler(R-D)algorithm,Chirp-Scalingalgorithm,improvedChirp-ScalingalgorithmII武汉理工大学硕士学位论文目录第一章绪论……………………..…………………...………………………….11.1课题的研究意义………………………………….………………..….……..11.2国内外发展动向………………………..………………………….….……..21.3研究内容及关键技术……………………..…………………….…………..3第二章合成孔径雷达(SAR)概述……………………………...………...…….52.1合成孔径雷达分类…………………………………………………………..52.2合成孔径雷达的发展史及发展趋势……………..…………….…………..72.2.1合成孔径雷达的发展史………….……………………………….……72.2.2合成孔径雷达的发展方向………………...……………………….…..8第三章SAR成像原理…………………….…………………………..………113.1SAR雷达的提出及主要技术指标…………………………..……………113.2SAR成像原理……………………………….…..…………………………123.2.1非聚焦合成孔径角分辨…………………….………………….……..123.2.2聚焦合成孔径角分辨……………………..…………………….…….143.2.3孔径合成的多普勒分析….……………………………………….…..15第四章SAR成像算法…………………….…………………...……………...174.1成像算法的提出……………………………….………………..………….174.1.1数据坐标和系统冲激响应……………………………...…………….184.1.2距离处理与方位处理…………………….……………………….…..204.1.3距离徙动和聚焦深度………………….…………………….………..254.2距离-多普勒算法……………….……………..………….………………..264.2.1距离压缩处理……………………….…………..……………………..274.2.2距离徙动补偿………………………….…………………………..…..284.2.3频率域方位压缩处理…………………….…………………….……..314.2.4改进的距离-多普勒算法……………….……………..………………324.3波方程算法…………………………….………...………………..………..334.4Chirp-Scaling(CS)算法………………………………….…………………364.4.1Chirp信号的尺度变换………………….……………….……………374.4.2距离向压缩处理………………………….…………………….……..38III武汉理工大学硕士学位论文4.4.3方位向压缩处理…………………….…………….…………………..404.5改进的Chirp-Scaling算法………………….…………………………….404.5.1改进C-S算法的模型推导………………….……………..…………..414.5.2距离与方位压缩处理……………….…………………….…………..42第五章成像算法的实现与研究……………….…………………..…………465.1原始文件数据结构分析………………………………….……….………465.2基本的R-D算法成像……………………..…….……………………..…475.2.1基本的R-D成像算法信号处理步骤……………………………….475.2.2基本的R-D成像算法信号处理程序编制………………………….495.2.3基本的R-D成像算法信号处理结果及其分析…………………….515.3改进的C-S算法成像……………………….………………………..…...525.3.1改进的C-S成像算法信号处理步骤……………………………….525.3.2改进的C-S成像算法信号处理程序编制………………………….555.3.3改进的C-S成像算法信号处理结果及其分析…………………….575.4两种成像算法的性能比较…………………….………………….……...58第六章总结及改进意见………………..………………….…..……………..59参考文献.………………….…..…………………………………………………..60致谢.…………….…..….……..……………….…..….…………………..…..…63作者攻读硕士学位期间撰写的论文IV武汉理工大学硕士学位论文第1章绪论1.1课题的研究意义雷达(Radar)是“Radiodetectionandranging”缩写的音译，它是集中了现代电子科学技术各种成就的高科技系统。其基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空间位置。众所周知，雷达已成功地应用于地面(含车载)、舰载、机载方面，这些雷达已经和正在执行着各种军事和民用任务。近年来，由于雷达采用了一些新理论、新技术和新器件，雷达技术进入了一个新的发展阶段。信息论在雷达领域中的应用和宽带微波技术及现代信号处理的不断发展，以及全息成像理论的完善，导致了各种形式的高分辨率成像雷达的诞生和发展[1,5]。成像雷达的出现扩展了原始的雷达概念，使它具有对运动目标(飞机、导弹等)、区域目标(地面等)进行成像和识别能力，并在微波遥感应用方面表现出越来越大的潜力，为人们提供越来越多的有用信号。军事上在侦察、测绘方面也已得到大量的应用，因此它对国防技术现代化、国民经济建设具有十分重要的意义，其成像技术越来越受到国际上先进技术国家的重视。作为有源系统，合成孔径雷达（SAR）的全天候、全天时工作能力以及它在不同频段、不同极化下可以得到目标的高分辨率图像，为人们提供各种非常有用的信息。成像雷达首先在军事应用上显示其优势。随着遥感技术的蓬勃发展，它又很快作为微波遥感的重要工具，广泛应用于国民经济各个领域。SAR成像处理的