合成孔徑雷達(dá)原始回波頻域模擬算法研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像具有全天時(shí)、全天候獲取高分辨圖像的能力，已廣泛的用于軍事和民用領(lǐng)域。合成孔徑雷達(dá)回波模擬技術(shù)是一種通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真來(lái)模擬合成孔徑雷達(dá)回波的技術(shù)，它對(duì)于SAR成像算法，SAR圖像處理，以及SAR系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)等都具有十分重要的作用，隨著合成孔徑雷達(dá)的觀測(cè)區(qū)域不斷增大，SAR回波的頻域快速模擬方法越來(lái)越受到重視，傳統(tǒng)的頻域算法都是基于理想條件下推導(dǎo)，而隨著合成孔徑雷達(dá)逐

2、步向高分辨、多平臺(tái)等方向發(fā)展，傳統(tǒng)的頻域回波模擬算法已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，需要有新的模擬算法保證不同模式下所產(chǎn)生的SAR回波信號(hào)的準(zhǔn)確性以及高效性。
　　本文系統(tǒng)的研究了SAR回波頻域模擬方面的關(guān)鍵問(wèn)題，分別從變速運(yùn)動(dòng)SAR的回波模擬，超寬帶SAR的回波模擬以及雙站SAR的回波模擬等幾個(gè)方面展開(kāi)了研究，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真對(duì)回波模擬算法進(jìn)行了驗(yàn)證，本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　1)對(duì)于變速運(yùn)動(dòng)雷達(dá)平臺(tái)，其二維頻域表達(dá)式

3、較一般理想的勻速直線SAR更為復(fù)雜。針對(duì)此問(wèn)題基于級(jí)數(shù)反演法提出了一種變速運(yùn)動(dòng)SAR回波二維頻域模擬快速算法。算法分析了變速運(yùn)動(dòng)模式SAR的幾何模型，并通過(guò)級(jí)數(shù)反演法，得到了較為準(zhǔn)確的信號(hào)二維頻譜表達(dá)式，并分析了變速運(yùn)動(dòng)SAR的距離空變性，給出了模擬空變性的函數(shù)，保證了大場(chǎng)景SAR回波數(shù)據(jù)的高相位精度。運(yùn)算量分析表明，該算法可以大大的提高SAR回波的仿真速度，且仿真場(chǎng)景越大，其效率越高。最后通過(guò)仿真證明了該算法的準(zhǔn)確性以及高效性。

4、>　　2)針對(duì)頻域回波模擬算法很難準(zhǔn)確的添加運(yùn)動(dòng)誤差的問(wèn)題，提出了一種對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行模擬的大場(chǎng)景SAR回波頻域模擬快速算法。算法利用矢量表達(dá)式對(duì)瞬時(shí)斜距重新整理，分析了運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)瞬時(shí)斜距的影響，明確了小斜視模式下影響回波質(zhì)量的主要運(yùn)動(dòng)誤差分量，并采用運(yùn)動(dòng)誤差兩步模擬的方法，首先模擬了不隨距離變化的大的運(yùn)動(dòng)誤差分量，然后模擬了大場(chǎng)景情況下隨距離變化的小的運(yùn)動(dòng)誤差的空變分量，從而完成曲線軌跡SAR回波數(shù)據(jù)的精確仿真。該算法能夠在保證高的相位

5、精度情況下大大的提高仿真速度，仿真結(jié)果證明了該算法的有效性。
　　3)針對(duì)超寬帶(Ultra Wide Band，UWB)SAR工作頻段低，發(fā)射帶寬大，大累積角長(zhǎng)孔徑，大距離徙動(dòng)等特點(diǎn)，提出了一種超寬帶SAR高效原始回波數(shù)據(jù)模擬算法。算法研究了 UWB-SAR的信號(hào)模型，在方位時(shí)域模擬了不隨距離空變的距離徙動(dòng)，重新推導(dǎo)了 UWB-SAR系統(tǒng)的二維頻域傳遞函數(shù)，并對(duì)距離空變性進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了超寬帶SAR原始回波數(shù)據(jù)的精確仿真。仿真

6、實(shí)驗(yàn)證明了該算法的高效性以及實(shí)用性。
　　4)分析了地球、月球以及環(huán)月衛(wèi)星的軌道構(gòu)型，提出了一種新的雙基SAR構(gòu)形——地星雙基合成孔徑雷達(dá)的概念，給出了地星雙基SAR系統(tǒng)模糊函數(shù)的定義，推導(dǎo)了其模糊函數(shù)的表達(dá)式，依據(jù)此式，對(duì)發(fā)射站處于地球不同位置的地星雙基SAR進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。仿真結(jié)果表明地星雙基SAR的模糊函數(shù)不僅由發(fā)射信號(hào)的帶寬和合成孔徑時(shí)間決定，還與發(fā)射站在地球上所處的位置以及雙站構(gòu)型有關(guān)。研究了地星雙基SAR的幾何模型，