开题报告 乔小正

1、题 目机载SAR数据运动补偿技术研究学生姓名班级学号专业通信工程1研究背景：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)，又称合成口径雷达或合成开口雷 达，属于一种微波成像雷达，也是一种可以产生高分辨率图像的(航空)机载雷达或(太空) 星载雷达。它在早期系使用透镜成像机制在底片上形成影像，目前则以复杂的雷达数据后 处理方法来获得极窄的有效辐射波束。它一般安装在移动的载体上对相对静止的目标成 像，或反之。自合成孔径雷达发明以来，它被广泛的应用于遥感和地图测绘。2研究历史：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种全天候、全天时的

2、现代高 分辨率微波成像雷达。它是二十世纪高新科技的产物，是利用合成孔径原理、脉冲压缩技 术和信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离向和方位向双向高分辨率遥感成像的雷 达系统，在成像雷达中占有绝对重要的地位。近年来由于超大规模数字集成电路的发展、 高速数字芯片的出现以及先进的数字信号处理算法的发展，使SAR具备全天候、全天时工 作和实时处理信号的能力。在早期研究雷达成像系统时采用的是真实孔径雷达系统(Real Aperture Radar)。真实孔径雷达成像系统及处理设备相对较为简单，但它存在一个难以 解决的问题，就是其方位分辨率要受到天线尺寸的限制。所以要想用真实孔径雷达系统获 得较高的分辨

3、率，就需要较长的天线。但是所采用天线的长短往往又受制于雷达系统被载 平台大小的限制，不可能为了提高分辨率无休止地增加天线长度。幸运地是，随着雷达成 像理论，天线设计理论、信号处理、计算机软件和硬件体系的不断完善和发展，合成孔径 雷达(Synthetic Aperture Radar)的概念被提出来。合成孔径雷达的思想首先是在1951 年6月由美国Goodyear航空公司的Carl Wiley在“用相干移动雷达信号频率分析来获得高 的角分辨率”的报告中提出的。报告中提出了将多普勒频率分析应用于相干移动雷达，通 过频率分析可以改善雷达的角分辨率，即“多普勒波束锐化”的思想；同年，美国Illinoi

4、s 大学控制系统实验室的一个研究小组在C.W. Sherwin的领导下开始对SAR的研究，当时采 用的是非相干雷达，发射波束宽度为4.13度，经过孔径综合后波束宽度变为0.4度。他们 证实了 “多普勒波束锐化”的概念，从而在理论上证明TSAR原理，而且于1953年7月成功 地研制了第一部X波段相干雷达系统，首次获得了第一批非聚焦SAR图像数据，为以后的聚 焦型SAR的研究奠定了基础。六十年代中期，借助于模拟电子处理器的非实时成像处理， SAR光学处理技术得到进一步完善，同时开展了多频多极化SAR应用技术的研究；六十年代 末，Michigan环境研究院成功地研制出第一个民用双频双极化机载SAR系

5、统。七十年代， 随着电子技术，尤其是VLSI C Very Large Scale IC，超大规模集成电路)技术的飞速发 展，SAR的数字成像处理成为必然趋势。八十年代，美国又成功地研制了一系列多频、多 极化、多入射角机载SAR。其它一些国家也先后开展了机载SAR技术的研究。目前，国外的 机载SAR主要有：美国的AN/APD-10, ERIMX/SIR, ERIM/CCRS，德国的E-SAR；丹麦SAR系列 等。70年代中期，中国科学院电子学研究所率先开展了SAR技术的研究。1979年取得突破， 研制成功了机载SAR原理样机，获得我国第一批雷达图像。目前机载SAR系统已成为我国民 用遥感的有效

6、工具，近年来多次在我国洪涝监测中发挥了重要作用。机载合成孔径雷达 (SAR)由于载机在大气中飞行所受到的外界扰动影响较大，载机非匀速直线的平移运动， 影响雷达信号的相位造成相位误差，另外载机由于偏航、俯仰，横滚的角运动，造成天线 平台姿态变化。产生天线指向误差。该误差将导致图像几何畸变，甚至局部地区分辨率下 降，造成压缩渡形主瓣展宽及副瓣电平增高，使图像分辨率下降、轮廓模糊、造成假目标 及方位向比例误差，积分副瓣电平升高，造成假目标、轮廓模糊和重影。因此运动补偿技 术是实现高分辨率成像关键，也是获取高质量机载SAR图像的关键。目前常用的机载SAR 数据运动补偿技术有两种，一种是基于运动传感器的

7、运动补偿技术，另一种是基于雷达回 波的运动补偿技术。前者依靠载机上的惯性导航系统、全球定位系统、惯性测量单元的测 量得到的载机平台的运动状态数据确定运动误差，并加以校正；后者从雷达数据回波中提 取目标响应的相位误差加以校正。3设计内容：合成孔径雷达是一种全天时、全天候的二维高分辨率成像系统。理想情况下，SAR载 机平台沿着一条直线匀速前进。实际数据录取时，空气扰动、航迹偏移等都会不可避免地 在数据中引入相位误差，导致图像出现散焦。SAR的模式和相应的成像算法是实现高分 辨率机载SAR成像的主要方面，但是随着分辨率要求的提高，运动补偿方面几乎成为了制 约机载SAR分辨率提高的决定因素。运动补偿技

8、术是实现高分辨率机载SAR成像的关键。 研究高分辨率机载SAR成像必须展开对运动补偿方面的深入研究。此课题拟对SAR数据运 动补偿进行研究，分析现有的运动补偿技术并利用软件仿真进行验证4设计要求：了解现有的机载SAR数据运动补偿技术。掌握运动补偿技术基本原理。分析现有的机载SAR数据运动补偿技术的优缺点，并利用软件仿真进行验证。5本课题的实行方案、进度及预期效果：进度安排2013.11-2013.1查找与毕业课题相关的中外参考文献，选取其中英文文章进行翻译，熟 悉并理解SAR的基本概念和原理；2014.3 SAR回波信号性质以及运动相位误差分析；2014.4 算法编程；2014.5-2014.

9、6 撰写论文；效果形式使用Matlab或者IDL编程软件，通过编程仿真分析对各种运动补偿技术的优缺点的验证。 得到仿真实验程序1套以及结果图若干；毕业设计论文理论正确、语言通顺、条理清晰、 结构合理，图表完整，计量单位符合标准。6已查阅参考文献：.D. A. Ausherman, A. Kozma, et Al., “Developments in radar imaging”， IEEE Trans. On Aerospace and Electronics System, vol. 20, no. 4, 1984, pp. 363-399.W. G. Carrara, R. S. Good

10、man, et.al., “Spotlight synthetic aperUre radar signal processing algorithms”， Artech House, Boston, 1995.J. C. V. Jakowatz, D. E. Wahl, et al., “Spotlight mode synthetic aperture radar: A signal processing approach”， Kluwer Academic Publisher, Boston, 1996.I. Cumming, and F. Wong, “Digital Processi

11、ng of synthetic aperture radar Data- Algorithms and Imeplementation”， Artech House, Boston, 2005.张澄波，“综合孔径雷达：原理、系统分析与应用”，科学出版设，北京，1989。.保铮，邢孟道，王彤，“雷达成像技术”，电子工业出版社，北京，2005。.K. A. C. Macedo, R. Scheiber, et al., “An Autofocus Approach for Residual Motion Errors with Application to Airborne Repeat-Pass

12、 SAR Interferometry”，IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 46, no. 10, pp. 3151-3162, 2008. M. P. Hayes, J. H. Callow, et al., “Stri-Map Phase Gradient Autofocus”， In Proc. Image Vis. Comput, New Zealand, Auckland, New Zealand, pp. 71 - 76, 2002. D. Y. Zhu, R. Jiang, X. M. Hua, Z. D. Zhu, “multi-subaperture PGA