调频连续波合成孔径雷达成像算法研究

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将FMCW和SAR这两种技术结合后,产生了一种具有高分辨率的雷达体制,即调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)。由于其结构简单,因此同时具重量轻和体积小的优点,并且成本比传统雷达要低,同时也兼备传统雷达普遍的高分辨率和全天时及全天候等特点外,能批量化进行制作和使用,具有很大的市场价值。这类雷达依靠其高度小型化的优势,能很好的契合无人机等小型平台的各类需求,因此有极大的研究价值和市场前景,在国民经济和军事领域有着广阔的应用前景。由于FMCW SAR在调制周期内连续发射信号,一般为1~10ms的数量级,而脉冲SAR通常是1~10s的数量级。因此,在FMCW SAR中,在调制周期内,由于雷达载机平台连续运动,其与目标之间的距离变化将不再像脉冲SAR一样忽略不计。所以在脉冲SAR中普遍适用的“停-走-停”(stop-go-stop)模型在FMCWSAR系统中也不再适用,从而造成了两者在回波模型和成像算法处理等方面各有不同,需结合FMCW SAR信号的特点加以改进以得到适合的成像算法。本文首先分析了FMCW SAR的基本原理。先分析了FMCW SAR的去调频(Dechirp)原理,得知FMCW SAR系统的采样率很低,降低了系统对采样速率的要求。然后从FMCW测距的角度阐述了FMCW SAR系统在距离向取得高分辨率的原理,又从合成孔径的角度阐述了FMCW SAR系统在方位向取得高分辨率的原理,并以此为理论依据推导了适用于这种新体制雷达系统的点目标回波模型。然后再根据回波模型和经典SAR成像处理过程,研究了这种新体制雷达的成像算法。通过首先阐述了其Dechirp信号模型,分析了适合于FMCW SAR系统的距离-多普勒(Range Doppler,RD)算法,并且给出了在正侧视条带情况下点目标和面目标的仿真实验结果。然后又研究了适合FMCW SAR的频率变标(FrequencyScaling, FS)算法,并且提出了一种改进原始FS算法频谱混叠的算法,同样给出了在正侧视条带情况下点目标和面目标的仿真实验结果。本文最后详细的分析了脉冲SAR和FMCW SAR系统的区别,并且从三个大方面进行了详细阐述,并对同一个点目标成像进行了分析,总结并且分析了两者的优点和缺点。并且提出了FMCW SAR还有待完善的地方。
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