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机载双-多站合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是在常规单站SAR的基础上,结合了双-多站雷达的最新研究成果发展起来的一种新体制成像雷达。由于采用了发射机和接收机分置的模式,使得雷达系统的配置更加灵活,成本进一步降低,特别是在双站构型下所表现出来的一些突出优势,如非后向散射回波提供的更加丰富的目标信息、利用干涉图样获取目标场景的三维图像、雷达的生存能力和抗干扰能力大幅度提高等等,使之成为近年来SAR技术研究领域的热点。 收、发雷达分置及其空间的几何构型是机载双-多站SAR的基本特征,提高了双-多站SAR的实用价值,同时也给成像算法的研究带来了巨大挑战。双站SAR的斜距历程为发射机斜距历程与接收机斜距历程之和,具有平顶双曲线的形状,使方位时间与最近距离的依赖关系减弱,距离弯曲减小,聚焦深度增加,形成了双站SAR回波信号的自身特点。相位历程的双根号形式限制了驻定相位法的使用,无法直接得到回波信号的二维频谱。雷达回波信号同时具有了距离向空变性和方位向空变性,对方位向空变性的处理还缺乏理论支撑,成为双-多站SAR成像的难点。收、发载机运动状态及其随机扰动误差对成像质量的影响还没有得到充分研究。本文旨在对机载双-多站SAR空间结构影响下的信号特性及其空变性特点进行研究,建立双-多站SAR成像的理论体系,为各种双站构型,包括方位向移(空)不变构型和一般构型的双站SAR提供高效、精确的成像算法。 论文建立了机载双站SAR的通用几何模型,提出用两个双站结构参数和对双站构型进行分类的方法。这种分类方法兼顾了双站SAR的空间结构及其空变性,为双站SAR系统的描述提供了统一标准。a0 a2 模糊函数法得出的双站SAR分辨率公式与双站结构有关,不能用于某些特殊构型,如串行双站SAR等,对此论文提出了一种基于匹配滤波的三维分辨率分析法,它以固定的三维坐标系为参考,不受双站结构变化的影响,具有很强的适用性。利用这组三维分辨率公式,可以全面描述所有机载双站SAR的分辨特性,具有更高的工程实用价值。 为了得到机载双站SAR二维频谱的解析表达式,论文提出了一种基于半单站驻定相位展开法的推导思路。与其它方法,如级数反演法、瞬时频率法相比,这种方法得出的结果参数少,物理意义明确,有利于算法的研究。表达式的精度与收、发载机的飞行速度及雷达的斜视角有关,在机载双站SAR的中度斜视情况下能够满足成像精度的要求。 二维空变性是双站SAR的显著特点,论文提出了对一般构型机载双站SAR二维空变性的分析方法。通过对双站雷达回波的距离走动、距离弯曲、距离向空变性、方位向空变性的深入研究,总结出了一般构型双站SAR空变性的新特点,弥补了双站SAR成像理论研究的不足。针对收、发载机飞行轨迹不平行对雷达信号二维空变性的影响,论文提出了解耦合的概念和解耦合的方法,利用解耦合公式将成像目标相对于发射机轨迹 和接收机轨迹的坐标关联起来,统一到以接收机轨迹为中心的柱坐标系下,为成像算法的研究奠定了基础。 双站移不变结构是机载双站SAR的一种特殊构型,可以利用单站算法来成像,据此论文提出了一种基于等效相位中法(EPC)的通用BRD算法。该算法的特点是对双站斜距历程做精确补偿,避免了近似补偿带来的误差限制。在等效单站的多普勒频率与双站多普勒频率近似相等的条件下,利用单站SAR的距离-多普勒算法(RDA)可以精确聚焦双站SAR数据。该算法具有一定的通用性,可以用于机载串行和并行双站SAR成像,但其适用性受到基线长度和双站角大小的限制。 为了克服上述成像算法的限制,论文提出了一类利用Chirp-Z变换来校正双站距离徙动的新算法。CZT具有变标功能,且不受信号线性调频性的苛求,非常适合于处理双站SAR回波信号。论文从双站SAR的二维频谱出发,提出了机载串行和并行双站SAR的CZT算法,其中串行CZT算法引入的近似很少,并行CZT算法在对数据做距离向分块后可以消除双站结构参数距离空变性的影响,它们都能精确聚焦双站SAR数据。这类用于机载移不变构型双站SAR成像的CZT算法,处理过程简单,适用性强,不受基线长度和双站角大小的限制,计算复杂度与单站CZT算法相同。a2 一般构型是机载双站SAR成像的理想模式,但受雷达回波信号二维空变性的影响,还没有开发出高效的成像算法。论文提出了采用二维CZT变换分别校正目标回波的距离向徙动和方位向徙动的思想,得到了一种适用于一般构型双站SAR成像的二维CZT算法。算法通过对回波数据做距离-方位向分块,消除了双站结构参数和空变性对成像的影响,在每个数据块上对距离向和方位向分别做CZT校正了距离向徙动和方位向徙动,获得了聚焦性能良好的图像。该算法计算过程简单,计算效率高,适用于收、发载机均斜视的一般构型双站SAR成像,对基线长度和双站角的变化也有很强的包容性。a0 a2 载机的飞行姿态控制及其运动误差分析是机载双-多站SAR成像中运动误差补偿的基础,论文重点研究了收、发载机的随机扰动对双-多站SAR成像的影响,推导出了影响成像质量的随机扰动误差准则。根据这些准则可以确定需要补偿的随机扰动误差容限,而且论文提出的分析方法可以直接推广到更一般的机载双站SAR构型。 论文以一般构型的机载双-多站SAR为研究目标,通过构建机载双-多站SAR成像理论与算法研究的整体框架,为全面解决机载双站SAR成像问题奠定了基础。