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圆迹合成孔径雷达作为一种新体制SAR模式以其独特的高平面分辨率、三维成像能力和全方位观测能力成为国内外研究热点之一。随着近年来相关实验硬件水平不断提高,圆迹SAR的研究不再局限于仿真和可控实验环境中,国内外的微波遥感机构相继开展了机载圆迹SAR实验,验证了其在机载平台上的可行性及其独特优势,并研究其在对地观测中的应用潜力。在机载圆迹SAR模式下能够获得非常长的合成孔径,并且其360°多角度信息采集能力可以获得场景目标全方位完整的地物信息,因此可以实现高分辨二维成像。本论文针对在机载圆迹SAR模式下进行聚焦成像时其成像质量依赖于目标场景区域高度信息这一问题,提出了利用机载圆迹SAR自身特性提取目标场景区域数字高程模型(DEM),并在该DEM上进行聚焦成像,从而获得聚焦良好的图像这一总体思路。围绕着这一思路,论文的具体研究工作如下:
1.从机载圆迹SAR的一般化信号模型出发,简要介绍了非理想条件下机载圆迹SAR的空间分辨特性以及机载圆迹SAR成像方法;以此为基础,推导出机载圆迹SAR模式聚焦成像性能依赖目标真实高度这一结论;详细分析了在全孔径和子孔径聚焦成像时场景目标真实高度与选取的成像参考高度平面之间存在的高度误差对场景目标成像性能的影响。
2.利用在机载圆迹SAR模式下对回波数据在某固定高度的地距-方位平面上进行二维成像时,位于成像平面以外的目标将在不同的方位观测视角下投影到成像平面的不同位置这一特性,提出了一种在机载圆迹SAR模式下直接获取DEM的方法。该方法将360°的雷达平台轨迹圆环划分为多段圆弧,对每段圆弧分割为多个子孔径,利用子孔径图像间的相似性,通过互相关系数最大法在其他子孔径图像上寻找到与中心图像匹配的像素点,得到两者的位置偏移,进而提取出地面场景的DEM。通过处理微波暗室实验数据,获得了目标场景区域的DEM,并在该提取的DEM上进行聚焦成像,得到了聚焦良好的图像,从而验证了该方法的有效性。
3.在分析P波段机载圆迹SAR实测数据特点的基础上,基于提取DEM的基本思想和一般化步骤,并结合观测场景目标的散射特性给出了提取实际场景区域高程信息的一般化方法和流程。该方法充分利用了场景区域的整体特征在不同子孔径图像上位于不同位置这一特性以及子孔径图像间的相似性,通过多次迭代和场景区域划分,提高了获取的场景区域平均高程信息的准确性和精细度。最后在提取的场景区域的平均高程信息下进行聚焦成像,获得了良好的聚焦图像,验证了该提取高程信息方法的有效性。