FMCW-SAR信号处理与成像技术研究

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调频连续波合成孔径雷达(FrequencyModulatedContinuousWaveSyntheticApertureRadar,FMCW-SAR)结合了连续波体制雷达和合成孔径雷达两个概念,具有体积小、重量轻、成本低、抗干扰能力强、分辨率高等优点,在雷达小型化方面有非常广阔的发展前景。  本文在详细分析FMCW-SAR系统特性的基础上,对FMCW-SAR信号处理与成像技术进行了理论与实际应用上的深入研究,论文的主要内容如下:  1.建立了FMCW-SAR三种不同工作模式下的回波信号模型,并指出条带模式和聚束模式是滑动聚束模式的两种特例这一事实。通过对FMCW-SAR回波信号特性的深入分析,比较前者与脉冲体制SAR回波信号的异同,为FMCW-SAR信号处理与成像技术的研究奠定基础。  2.提出一种FMCW-SAR快速回波模拟算法,可同时适用于条带模式、聚束模式和滑动聚束模式。该算法在距离多普勒域进行回波信号的模拟,与原始的时域回波模拟算法相比极大地降低了计算量,对FMCW-SAR信号处理技术的研究有非常大的应用价值。  3.FMCW-SAR发射信号通常不是理想的线性调频信号,其中存在一定的非线性相位,使得FMCW-SAR回波信号发生非线性畸变。针对该问题,提出一种改进的非线性相位估计算法,该算法基于延迟线微分法,通过迭代计算提高发射信号非线性相位的估计精度。将上述估计结果代入一种基于残留视频相位(ResidualVideoPhase,RVP)滤波的回波信号非线性补偿方法,对FMCW-SAR回波信号进行非线性相位补偿,解决了上述问题。  4.提出一种基于chirp-z变换的斜视FMCW-SAR非线性尺度变换成像算法,该算法在距离多普勒域进行回波信号处理,通过距离向的一个非线性尺度变换完成距离徙动校正。与传统的线性尺度变换算法相比,上述算法成像结果的距离向分辨率有显著提高,在斜视条带模式、聚束模式和滑动聚束模式FMCW-SAR成像处理中都能够应用。  5.详细分析FMCW-SAR实时成像系统的性能要求与结构特点,设计和开发了一种高性能的小型通用信号处理板,以此搭建了一套FMCW-SAR实时成像硬件系统平台,并实现了chirp-z算法。使用上述FMCW-SAR实时成像系统对实际试验数据进行实时信号处理,获取了较高分辨率的实时图像。
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