● 摘要
合成孔径雷达（简称SAR）作为一种主动式微波成像传感器，在军事和民用领域有着广泛的应用。然而，由于载机的非理想运动给SAR回波带来了严重的幅度和相位误差，直接影响高分辨率成像能力。因此，本文在平台运动误差对SAR成像的影响，回波仿真算法以及运动补偿算法方面进行了研究。由于原始回波仿真是分析运动误差的有效工具，研究带有运动误差的仿真算法成为本论文的重点。基于此，本文从以下几个方面对机载SAR开展了较深入的研究。（1）研究了运动误差对SAR图像的影响。针对天线方位向和距离向同时存在姿态抖动时的情形，基于成对回波理论给出了方位向和距离向同时存在姿态抖动所导致成对回波的数学表达式。从而揭示了方位向和距离向姿态抖动的耦合作用以及耦合对SAR图像影响的一般规律。该理论结果同样适用于星载SAR，并且可以作为星载SAR总体分析和设计提供了重要的理论依据。最后给出了实验仿真，并与单独考虑方位向姿态抖动或距离向姿态抖动的情形进行了比较，从而验证了本文算法的有效性。（2）提出了一种斜视含轨迹偏移误差的条带SAR快速回波仿真算法。通过采用一种新的几何误差模型，并且给出了严格的数学证明，在此基础上提出了本文算法。该算法扩充了著名意大利学者Franceschetti G. 关于轨迹偏移误差回波仿真算法的研究成果。通过与时间域算法的比较验证了该算法的有效性。由于所提出算法比时域算法的计算效率高，因此，可以应用于面目标场景的仿真。（3）针对机载条带SAR，提出了两种包含方位向姿态抖动和轨迹偏移误差的快速仿真算法，其中第一种针对的是小轨迹偏移和方位向姿态抖动，该算法具有高的计算效率。第二种算法没有第一种算法的计算效率高，但是扩展了距离的有效性范围。此外，分析了两种算法的有效性，并且与时域算法进行了比较，结果表明这两种算法都比时域算法计算效率高，因此可以用来进行面目标场景的仿真。（4）针对斜视情况下含有轨迹偏移误差的情形，提出一种快速补偿算法。该算法通过两次利用距离尺度逆傅里叶变换取代插值操作，提高了精度和效率。实验结果证明了该算法的有效性。进一步，通过首先利用本文提出的斜视含轨迹偏移误差的快速回波仿真算法，其次利用此快速补偿算法，可以高效地完成对面目标场景从仿真斜视含轨迹偏移误差的回波到运动补偿的整个过程，最后取得了很好的实验效果。