成像雷达系统的建模与仿真

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现如今随着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像算法的研究越来越深入,SAR成像雷达逐步成为机载、星载的标准传感器模式,在民用及军事领域得到了广泛的应用。目前国内SAR成像仿真主要是基于Matlab平台,重点研究各种成像处理算法。而对于SAR系统仿真体系架构,以及PD(Pulse Doppler)雷达、SAR、STAP(Space-time Adaptive Processing)等多模式雷达联合仿真国内尚未大量研究。针对目前国内仿真领域存在的上述问题,本文基于标准化平台,建立了一套标准的、扩展性强的、复用程度高的SAR雷达仿真模型。利用这套模型,可快速形成各种SAR仿真系统,仿真不同运动速度、不同角度等约束条件下成像系统的相关性能指标。本文的主要工作如下:首先,本文提出了基于软件结构化为核心的成像系统设计方案。给出了软件框架的具体结构,它的核心思想是总线机制和标准化接口,采用XML技术和Amardillo穿山甲线性代数库实现了标准化模型和层次化模型的设计。然后,探讨了时域和频域两种回波模拟的主要算法。时域算法通过对目标散射特性、时间延迟和多普勒等信息的处理直接生成回波模拟信号;频域算法利用距离多普勒(Range-Doppler,RD)、CS(Chirp Scaling)成像逆处理生成所需回波信号。根据系统参数使用C/C++编写回波生成代码,并在软件平台上搭建回波计算模型,最后与Matlab的仿真结果比对验证模型正确性。其次,对RD处理模型的功能模块进行建模与仿真,对正侧视情况以及斜视30度情况下的RD成像处理的具体步骤进行分析,并给出算法处理流程。利用回波计算模块生成的回波信号实现距离多普勒算法处理,根据系统参数使用C/C++编写代码构建距离多普勒算法模块,并在软件平台上搭建RD处理流程模型,通过仿真验证了模型的正确性。最后,对CS处理模型的功能模块进行建模与仿真。CS成像算法可看成是RD成像算法的优化和改进。CS成像算法对相位补偿的考虑更加精确,使得方位分辨率得到有效改善。CS成像算法的处理关键在于利用线性变标实现距离徙动校正。利用回波计算模块生成的回波信号实现Chirp Scaling处理,根据系统参数使用C/C++编写代码构建Chirp Scaling算法模块,并在软件平台上搭建CS处理流程模型,通过仿真验证了模型的正确性。
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