● 摘要
合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率成像雷达,能全天时、全天候工作,可以在能见度极差的气象条件下获得类似于光学照相的高分辨率的地面目标图像。通过装载在导弹上的SAR获取目标或目标附近典型地物地貌特征,形成图像,利用该图像进行匹配处理修正惯性导航系统积累误差,从而控制导弹精确命中目标,可以大大提高导弹的攻击能力。
斜视成像在实际应用中具有很高的灵活性,它可以通过改变波束的斜视角,可以对前方的目标预先成像以及对后方的目标再次成像。它具有许多正侧视 SAR 无法实现的功能,如对热点地区的多次重访,军事上的实时侦察和打击等。但是,超大斜视角的 SAR 存在较为复杂的成像几何模型,回波数据的方位向和距离向的耦合较为严重,因此,超大斜视角的 SAR 成像是雷达信号处理中一个重大的挑战。
本文结合导弹的运动特点分别对弹载SAR的成像算法和算法实现进行了研究,研究的主要内容包括弹载SAR的斜视成像研究、弹载SAR成像的畸变校正研究以及弹载SAR的算法移植等。为了解决大斜视角的问题,论文中首先在对弹载SAR成像算法的深入研究基础上,提出了基于SPECAN的改进斜视成像方法,该方法很好的解决了弹载SAR斜视成像的问题,在保证一定分辨率的前提下,斜视角度可以达到60度以上;为了进一步提高弹载SAR的斜视角,我们在对之前学者研究的基础上,基于子孔径合并和图像分裂思想,提出一种改进的BP并行处理方法,该算法结合了已有的改进BP算法的快速性和精确聚焦性,并采用并行处理的方法,极大地降低了BP算法的运算量和提高了运算效率,实验结果证明了该方法可以将斜视角度提高到80度以上。另外由于经过成像处理后得到的图像点元之间的距离不一样,在某些场合要求图像点元之间的距离固定,为此我们还研究了几何标定方法。
其次,对弹载SAR成像结果的校正也是本论文研究的重点。在论文中我们由前面的成像算法推出了平飞阶段弹载SAR图像的畸变校正算法,实现了高精度的弹载SAR图像;对于下压阶段,本论文提出一种基于坐标映射思想的高精度弹载SAR图像几何校正算法,首先根据弹载SAR下压阶段的三维几何关系建立点目标的回波模型;然后通过将SAR图像坐标系上的点逐一映射到空间地距坐标系中完成几何校正,误差分析结果也表明了该算法比其他算法精度高。
此外,为了验证弹载SAR的一系列算法,本论文设计并搭建了一套弹载SAR等效器平台,该平台包括采集回放板、信号处理板、存储板、定时同步板等模块,经过测试与调试,该套等效器达到了预期的指标要求,并成为了验证弹载SAR算法的有效性和实时性的一个很好的平台。
最后,我们在弹载SAR平台的信号处理板上移植并实现了平飞和下压相关算法及其校正算法,并将其成像结果显示在上位机上。运行结果表明利用该套算法,弹载SAR等效器能够实时和高精度的成像。
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