《星载高分辨率宽幅SAR成像技术》全面、深入地探讨了高分辨率宽幅星载合成孔径雷达(SAR)的原理、设计方法及相关技术，其内容既包括星载SAR基本原理与系统约束的基础知识，又包括高分辨率宽幅星载SAR系统实现所需的系统体制、关键技术和信号处理等方面的细节。具体内容包括高分辨率宽幅星载SAR成像模型、距离向高分辨率成像、方位向多通道SAR成像、俯仰向数字波束形成以及变脉冲重复频率技术等。《星载高分辨率宽幅SAR成像技术》较好地反映了当前高分辨率宽幅星载SAR的发展现状。
目录
目录
丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 星载SAR的发展历史 1
1.2 星载SAR的发展趋势 11
1.3 高分辨率宽幅星载SAR17
1.3.1 高分辨率宽幅星载SAR的研究意义 17
1.3.2 高分辨率宽幅星载SAR成像体制的发展 18
1.3.3 高分辨率宽幅星载SAR关键技术 28
1.4 本书结构安排 30
参考文献 30
第2章 星载SAR系统原理与约束 37
2.1 合成孔径原理 37
2.2 雷达方程 39
2.2.1 雷达散射截面积(RCS)与后向散射系数σ0 39
2.2.2 基本雷达方程 39
2.2.3 SAR合成处理前信噪比 40
2.2.4 SAR成像处理对信噪比的影响 41
2.2.5 分布目标雷达等效后向散射系数(NESZ) 43
2.3 二维模糊 43
2.3.1 距离模糊 43
2.3.2 方位模糊 45
2.4 高分辨率宽幅星载SAR系统设计约束 47
2.4.1 SAR系统性能约束 47
2.4.2 SAR系统可实现性约束 56
2.4.3 小结 58
2.5 总结 58
参考文献 58
第3章 高分辨率宽幅星载SAR成像模型 60
3.1 星载SAR几何 60
3.1.1 轨道根数理论 60
3.1.2 星载SAR主要坐标系 64
3.1.3 星载SAR坐标系转换 65
3.1.4 星地运动参数 67
3.2 姿态控制 70
3.2.1 圆轨道下的姿态控制 71
3.2.2 椭圆轨道下的姿态控制 75
3.2.3 姿态控制角的数值计算方法 79
3.3 高分辨率星载SAR斜距模型 82
3.3.1 精确坐标数值模型 83
3.3.2 等效斜视模型 85
3.3.3 改进的等效斜视模型 88
3.3.4 高阶多普勒距离模型 90
3.4 总结 91
附录 92
参考文献 96
第4章 距离向高分辨成像技术 98
4.1 多子带系统工作模式 98
4.1.1 脉间串发 98
4.1.2 脉内串发 102
4.1.3 脉内并发 103
4.2 多子带系统信号的经典处理方法 106
4.2.1 时域子带合成方法 106
4.2.2 频域子带合成方法 110
4.2.3 二维数据子带合成 111
4.2.4 两种合成方法的比较 112
4.3 多子带系统子带交叠度分析 116
4.3.1 子带交叠时处理方法 116
4.3.2 脉间串发时交叠度对子带合成的影响 116
4.3.3 脉内并发时交叠度对子带合成的影响 118
4.4 多子带系统通道误差分析 122
4.4.1 幅度不均衡的影响分析 122
4.4.2 相位不均衡的影响分析 124
4.4.3 采样延时误差的影响分析 125
4.5 多子带系统通道误差补偿 127
4.5.1 内定标补偿方法 127
4.5.2 基于多个定标回路信号的补偿方法 132
4.5.3 基于遗传算法的剩余通道误差补偿方法 134
4.5.4 多子带SAR系统试验验证 137
4.6 总结 142
参考文献 143
第5章 方位多通道合成孔径雷达宽幅成像 145
5.1 单相位中心多波束合成孔径雷达系统 145
5.1.1 单相位中心系统技术原理 145
5.1.2 单相位中心系统方位信号处理 148
5.2 偏置相位中心多波束合成孔径雷达系统 153
5.2.1 偏置相位中心系统信号模型 154
5.2.2 偏置相位中心系统方位向信号经典重建算法 155
5.2.3 偏置相位中心系统对AASR的影响 165
5.2.4 偏置相位中心系统对NESZ 的影响 167
5.3 偏置相位中心系统信号处理算法性能优化 168
5.3.1 AASR性能优化的重建算法 168
5.3.2 严重非均匀采样情况下的重建算法 172
5.3.3 效率优化的重建算法 179
5.4 偏置相位中心系统误差分析 188
5.4.1 波束展宽所引起的三次相位误差 189
5.4.2 回波窗起始同步误差 189
5.4.3 天线相位中心间距的误差 193
5.4.4 通道不均衡误差 195
5.5 偏置相位中心系统通道均衡校正方法 197
5.5.1 经典的通道均衡校正方法 197
5.5.2 基于距离向互相关的通道失配校正方法 199
5.5.3 基于方位向互相关的通道失配校正方法 202
5.5.4 基于自适应滤波器的通道失配校正方法 208
5.5.5 基于代价函数的通道失配校正方法 211
5.5.6 基于特征分解的基带多普勒中心与相位失配估计方法 216
5.5.7 几种通道均衡校正方法性能比较 222
5.6 总结 223
参考文献 224
第6章 俯仰向数字波束形成技术 227
6.1 俯仰向DBF基本原理 227
6.2 俯仰向DBF中频实时处理方案 233
6.2.1 传统的DBF数字处理流程 233
6.2.2 DBF中频数字处理架构 234
6.2.3 两种DBF数字处理流程性能比较 237
6.3 俯仰向DBF技术对系统性能的影响和分析 240
6.3.1 俯仰向DBF处理对系统性能的影响 241
6.3.2 俯仰向DBF的零点指向技术 242
6.3.3 基于俯仰向DBF的系统仿真和分析 242
6.4 俯仰向DBF系统实验验证 246
6.4.1 俯仰向DBF技术星地双基实验结果 246
6.4.2 俯仰向DBF技术机载飞行试验结果 248
6.5 总结 250
参考文献 251
第7章 变脉冲重复频率技术 252
7.1 VPRF技术在SAR中的应用 252
7.1.1 VPRF在超宽幅成像系统中的应用 253
7.1.2 VPRF在大斜视聚束模式中的应用 253
7.2 VPRF超宽幅成像系统 254
7.2.1 VPRF宽幅系统的信号模型 255
7.2.2 脉冲重复频率(PRF)变化方案设计 258
7.2.3 VPRF宽幅系统设计方案 261
7.2.4 VPRF宽幅系统信号处理 262
7.2.5 低过采样情况下的信号处理 281
7.3 基于VPRF技术的大斜视聚束模式 293
7.3.1 脉冲重复频率(PRF)变化方案设计 293
7.3.2 VPRF大斜视聚束模式的信号处理 296
7.4 总结 300
参考文献 300
丛书序
前言
第1章 绪论 1
1.1 星载SAR的发展历史 1
1.2 星载SAR的发展趋势 11
1.3 高分辨率宽幅星载SAR17
1.3.1 高分辨率宽幅星载SAR的研究意义 17
1.3.2 高分辨率宽幅星载SAR成像体制的发展 18
1.3.3 高分辨率宽幅星载SAR关键技术 28
1.4 本书结构安排 30
参考文献 30
第2章 星载SAR系统原理与约束 37
2.1 合成孔径原理 37
2.2 雷达方程 39
2.2.1 雷达散射截面积(RCS)与后向散射系数σ0 39
2.2.2 基本雷达方程 39
2.2.3 SAR合成处理前信噪比 40
2.2.4 SAR成像处理对信噪比的影响 41
2.2.5 分布目标雷达等效后向散射系数(NESZ) 43
2.3 二维模糊 43
2.3.1 距离模糊 43
2.3.2 方位模糊 45
2.4 高分辨率宽幅星载SAR系统设计约束 47
2.4.1 SAR系统性能约束 47
2.4.2 SAR系统可实现性约束 56
2.4.3 小结 58
2.5 总结 58
参考文献 58
第3章 高分辨率宽幅星载SAR成像模型 60
3.1 星载SAR几何 60
3.1.1 轨道根数理论 60
3.1.2 星载SAR主要坐标系 64
3.1.3 星载SAR坐标系转换 65
3.1.4 星地运动参数 67
3.2 姿态控制 70
3.2.1 圆轨道下的姿态控制 71
3.2.2 椭圆轨道下的姿态控制 75
3.2.3 姿态控制角的数值计算方法 79
3.3 高分辨率星载SAR斜距模型 82
3.3.1 精确坐标数值模型 83
3.3.2 等效斜视模型 85
3.3.3 改进的等效斜视模型 88
3.3.4 高阶多普勒距离模型 90
3.4 总结 91
附录 92
参考文献 96
第4章 距离向高分辨成像技术 98
4.1 多子带系统工作模式 98
4.1.1 脉间串发 98
4.1.2 脉内串发 102
4.1.3 脉内并发 103
4.2 多子带系统信号的经典处理方法 106
4.2.1 时域子带合成方法 106
4.2.2 频域子带合成方法 110
4.2.3 二维数据子带合成 111
4.2.4 两种合成方法的比较 112
4.3 多子带系统子带交叠度分析 116
4.3.1 子带交叠时处理方法 116
4.3.2 脉间串发时交叠度对子带合成的影响 116
4.3.3 脉内并发时交叠度对子带合成的影响 118
4.4 多子带系统通道误差分析 122
4.4.1 幅度不均衡的影响分析 122
4.4.2 相位不均衡的影响分析 124
4.4.3 采样延时误差的影响分析 125
4.5 多子带系统通道误差补偿 127
4.5.1 内定标补偿方法 127
4.5.2 基于多个定标回路信号的补偿方法 132
4.5.3 基于遗传算法的剩余通道误差补偿方法 134
4.5.4 多子带SAR系统试验验证 137
4.6 总结 142
参考文献 143
第5章 方位多通道合成孔径雷达宽幅成像 145
5.1 单相位中心多波束合成孔径雷达系统 145
5.1.1 单相位中心系统技术原理 145
5.1.2 单相位中心系统方位信号处理 148
5.2 偏置相位中心多波束合成孔径雷达系统 153
5.2.1 偏置相位中心系统信号模型 154
5.2.2 偏置相位中心系统方位向信号经典重建算法 155
5.2.3 偏置相位中心系统对AASR的影响 165
5.2.4 偏置相位中心系统对NESZ 的影响 167
5.3 偏置相位中心系统信号处理算法性能优化 168
5.3.1 AASR性能优化的重建算法 168
5.3.2 严重非均匀采样情况下的重建算法 172
5.3.3 效率优化的重建算法 179
5.4 偏置相位中心系统误差分析 188
5.4.1 波束展宽所引起的三次相位误差 189
5.4.2 回波窗起始同步误差 189
5.4.3 天线相位中心间距的误差 193
5.4.4 通道不均衡误差 195
5.5 偏置相位中心系统通道均衡校正方法 197
5.5.1 经典的通道均衡校正方法 197
5.5.2 基于距离向互相关的通道失配校正方法 199
5.5.3 基于方位向互相关的通道失配校正方法 202
5.5.4 基于自适应滤波器的通道失配校正方法 208
5.5.5 基于代价函数的通道失配校正方法 211
5.5.6 基于特征分解的基带多普勒中心与相位失配估计方法 216
5.5.7 几种通道均衡校正方法性能比较 222
5.6 总结 223
参考文献 224
第6章 俯仰向数字波束形成技术 227
6.1 俯仰向DBF基本原理 227
6.2 俯仰向DBF中频实时处理方案 233
6.2.1 传统的DBF数字处理流程 233
6.2.2 DBF中频数字处理架构 234
6.2.3 两种DBF数字处理流程性能比较 237
6.3 俯仰向DBF技术对系统性能的影响和分析 240
6.3.1 俯仰向DBF处理对系统性能的影响 241
6.3.2 俯仰向DBF的零点指向技术 242
6.3.3 基于俯仰向DBF的系统仿真和分析 242
6.4 俯仰向DBF系统实验验证 246
6.4.1 俯仰向DBF技术星地双基实验结果 246
6.4.2 俯仰向DBF技术机载飞行试验结果 248
6.5 总结 250
参考文献 251
第7章 变脉冲重复频率技术 252
7.1 VPRF技术在SAR中的应用 252
7.1.1 VPRF在超宽幅成像系统中的应用 253
7.1.2 VPRF在大斜视聚束模式中的应用 253
7.2 VPRF超宽幅成像系统 254
7.2.1 VPRF宽幅系统的信号模型 255
7.2.2 脉冲重复频率(PRF)变化方案设计 258
7.2.3 VPRF宽幅系统设计方案 261
7.2.4 VPRF宽幅系统信号处理 262
7.2.5 低过采样情况下的信号处理 281
7.3 基于VPRF技术的大斜视聚束模式 293
7.3.1 脉冲重复频率(PRF)变化方案设计 293
7.3.2 VPRF大斜视聚束模式的信号处理 296
7.4 总结 300
参考文献 300
