GPS在高分辨FMCWSAR中的应用研究

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全球定位系统(Global Position System,GPS)是重要的运动测量仪器,在高分辨合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像领域具有广泛的应用前景。传统成像算法运动补偿多是基于精密的定位和惯导组合设备实现,对于小型无人机载的调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)SAR成像,载机搭载的定位设备通常结构简单,精度较低,难以满足高分辨成像的需求。基于此种现状,本文以某武器装备预研项目为背景,深入研究了GPS在FMCW SAR成像中的若干理论和技术问题,主要研究工作可概括如下:1.开展了FMCW SAR成像算法和运动补偿研究,为GPS在高分辨SAR成像中的应用奠定了理论基础。首先,介绍了FMCW SAR成像模型,分析并比较了频域算法和时域算法的算法精度,基于高分辨成像的研究需求,本文选择了精度更高的时域算法作为本文成像算法;其次,开展了仿真实验,检验了运动误差对于成像分辨率的影响,验证了BP算法基于运动参数的补偿效果。2.深入分析了单个GPS接收机定位算法与性能,通过理论分析和实测验证,并结合SAR成像条件,研究了相对定位精度高的GPS定位算法。首先,基于FMCW SAR应用背景,研究了三种单点定位算法,提出了改进的历元差分算法;推导了各算法定位误差,在较短积累时间的条件下,分析比较了各算法相对定位精度;其次,以GPS OEM615接收机开展实验,比较了不同运动状态下各算法相对定位精度。实验结果表明,在较短定位时间内,速度积分算法最优,改进历元差分算法其次,传统定位算法最差,但随着定位时间的延长,改进历元差分算法的相对定位精度逐渐优于速度积分算法。3.深入开展了GPS数据的预处理研究和在高分辨SAR中的应用研究,解决了低精度GPS接收机在高分辨SAR运动补偿中的应用问题。首先,研究了GPS接收机数据的预处理:坐标系之间的转换和数据平滑处理;其次,建立了两种数据预测模型,经过实验比较,确定了适于实际应用的预测方法,解决了实时成像中运动数据时间滞后的问题;最后,开展了FMCW SAR实测数据的成像实验,基于传统定位算法、速度积分法、改进历元差分算法分别实现了运动补偿,获取了高分辨SAR图像,通过比较图像质量进一步验证了各定位算法的性能,实现了低精度GPS接收机在高分辨SAR中的应用。
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