毫米波雷达高分辨成像方法研究

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雷达高分辨成像是雷达研究中的重要组成部分,从这一概念的提出至今,雷达高分辨成像技术一直是国内外研究人员研究的热点领域,同时也产出了许多骄人的成果。合成孔径雷达成像和实孔径雷达成像是两种常见的主动雷达成像系统,根据雷达信号处理的知识可知,雷达的方位分辨率跟雷达的孔径大小息息相关,雷达的孔径越大则其方位分辨能力越强。对于合成孔径雷达而言是通过建立雷达与目标的相对运动而扩展孔径来形成大的虚拟孔径进而提高雷达的分辨率。传统的合成孔径雷达系统多建立在脉冲雷达的基础上,这种雷达系统通常具有较大的体积容易受到攻击和干扰,而且由于其造价高昂在应用方面会带来许多局限。而近年来发展起来的建立在连续波雷达基础上的小型合成孔径雷达系统由于其易携带、造价低的特点在民用方面应用广泛,并受到了研究人员的青睐,本文通过利用快速SBL算法对这种类型的合成孔径雷达高分辨成像进行了研究。实孔径雷达的孔径扩展即建立大的天线阵列,但是这样会导致雷达系统过于庞大,成本过于高昂,极不利于应用于实际生活中。合成孔径雷达是一种针对于该问题的有效解决方式,但是由于合成孔径雷达需要建立雷达与目标间的相对运动,这样会导致其在一些特殊的场景下难以发挥作用,因而本文提出分布式雷达成像。通过在滑轨上灵活分置两部雷达来实现雷达孔径的扩展形成一部大孔径虚拟雷达,雷达放置的不同位置控制虚拟雷达天线孔径的大小,通过利用MIAA在单部雷达数据的基础上补全缺失的数据进而完成高分辨成像。本文主要研究内容是连续波雷达信号处理基础理论、合成孔径雷达成像理论及应用、分布式雷达成像原理及应用。具体研究内容包括以下几个方面:(1)分析并介绍了雷达成像具有的的现实意义,介绍了合成孔径雷达成像,然后通过指出合成孔径雷达在某些场景下的局限性从而提出分布式雷达成像,并介绍了分布式雷达成像的研究前景。(2)连续波雷达信号理论:包括连续波雷达系统、线性调频信号理论与仿真、连续波雷达信号处理(距离、速度、角度的估计)、TI级联成像雷达系统的研究(包括射频板和数据采集板)。(3)合成孔径雷达成像理论及应用:搭建了一整套小型合成孔径雷达成像系统,研究了SAR成像的理论与模型,研究了CSA成像方法和快速SBL算法,并通过公式推导和软件仿真对两种算法进行了详细的介绍,然后通过实测场景成像验证了成像系统的正确性以及成像方法的有效性。(4)分布式雷达成像原理及应用:搭建了分布式雷达成像系统,研究了分布式雷达成像的理论,研究了MIAA这种方法,并通过公式推导对MIAA进行了详细的介绍,接着介绍了分布式雷达成像数据处理链,然后通过角反射器定量实验验证了分布式雷达成像的有效性,并通过停车场实测场景成像对分布式雷达成像进行了进一步的研究。
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