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毫米波合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 版權(quán)信息
- ISBN:9787030732477
- 條形碼:9787030732477 ; 978-7-03-073247-7
- 裝幀:一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù):暫無
- 重量:暫無
- 所屬分類:>
毫米波合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書從毫米波特點(diǎn)出發(fā),在對(duì)國(guó)外毫米波合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上,對(duì)不同體制、不同模式、不同平臺(tái)的毫米波合成孔徑雷達(dá)從系統(tǒng)、信號(hào)處理、應(yīng)用等多個(gè)角度進(jìn)行介紹。全書共八章,**章主要對(duì)毫米波的特點(diǎn)、國(guó)外毫米波合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的情況進(jìn)行介紹;第二章主要對(duì)機(jī)載不同模式的毫米波合成孔徑雷達(dá)及其信號(hào)處理進(jìn)行闡述;第三、四章主要闡述了星載不同體制不同模式的毫米波合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù);第五章主要介紹了毫米波逆合成孔徑雷達(dá)技術(shù);第六、七章分別闡述了星載毫米波合成孔徑雷達(dá)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和信號(hào)處理技術(shù);*后,在第八章對(duì)全書的內(nèi)容及毫米波合成孔徑雷達(dá)未來的發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)展望。
毫米波合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 目錄
前言
第1章 概論 1
1.1 SAR原理及其發(fā)展 1
1.1.1 SAR原理 1
1.1.2 SAR的發(fā)展 3
1.2 毫米波特性 10
1.2.1 毫米波大氣傳播特性 11
1.2.2 毫米波地物后向散射特性 12
1.3 毫米波SAR技術(shù)發(fā)展 14
1.3.1 機(jī)載毫米波SAR技術(shù)的發(fā)展 14
1.3.2 星載毫米波SAR技術(shù)的發(fā)展 17
參考文獻(xiàn) 21
第2章 連續(xù)波體制機(jī)載毫米波合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 24
2.1 概述 24
2.2 機(jī)載FMCW SAR條帶模式成像 25
2.2.1 機(jī)載FMCW SAR條帶成像模型. 25
2.2.2 機(jī)載FMCW SAR條帶成像算法 34
2.3 機(jī)載FMCW SAR滑動(dòng)聚束成像. 37
2.3.1 機(jī)載FMCW SAR滑動(dòng)聚束成像模型 37
2.3.2 機(jī)載FMCW SAR滑動(dòng)聚束成像算法 47
2.3.3 機(jī)載毫米波FMCW SAR滑動(dòng)聚束SAR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理 56
2.4 小型無人機(jī)載W波段SAR高分辨率成像 58
2.4.1 小型無人機(jī)載W波段SAR高效實(shí)時(shí)成像算法 58
2.4.2 基于GPU的實(shí)時(shí)成像處理設(shè)計(jì) 65
參考文獻(xiàn) 76
第3章 脈沖體制機(jī)載毫米波合成孔徑雷達(dá) 79
3.1 概述 79
3.2 DBF-SCORE基本原理 79
3.3 通道均衡DBF處理方法 89
3.4 機(jī)載毫米波DBF SAR成像 95
3.4.1 單通道處理 96
3.4.2 二維多級(jí)相位梯度DBF-SCORE合成 98
3.5 機(jī)載毫米波DBF SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法 102
3.5.1 多通道運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法 102
3.5.2 DBF SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)處理 108
參考文獻(xiàn) 112
第4章 地基毫米波逆合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 114
4.1 概述 114
4.2 W波段ISAR回波建模 115
4.2.1 W波段ISAR建模 115
4.2.2 回波信號(hào)處理 119
4.3 W波段ISAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù) 124
4.3.1 包絡(luò)對(duì)齊 125
4.3.2 包絡(luò)規(guī)整處理 128
4.3.3 相位校正技術(shù) 132
4.4 W波段ISAR成像及徙動(dòng)補(bǔ)償技術(shù) 136
4.4.1 傳統(tǒng)成像方法 136
4.4.2 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定目標(biāo)成像方法 141
4.4.3 轉(zhuǎn)速變化目標(biāo)成像方法 144
4.5 W波段ISAR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理 150
4.5.1 仿真系統(tǒng)及目標(biāo)參數(shù) 150
4.5.2 相干化處理 150
4.5.3 包絡(luò)規(guī)整處理 152
4.5.4 相位校正仿真實(shí)驗(yàn) 155
4.5.5 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定目標(biāo)成像 157
4.5.6 轉(zhuǎn)速變化目標(biāo)成像 159
參考文獻(xiàn) 161
第5章 連續(xù)波體制星載Ka波段合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 163
5.1 概述 163
5.2 Ka波段調(diào)頻連續(xù)波SAR雙星同步 163
5.2.1 Ka波段SAR遠(yuǎn)距離空間同步方法 164
5.2.2 基于信號(hào)對(duì)傳的時(shí)頻同步方法 172
5.2.3 連續(xù)波SAR異頻相位同步方法 177
5.3 雙星調(diào)頻連續(xù)波SAR條帶成像 179
5.3.1 雙星調(diào)頻連續(xù)波SAR回波建模 180
5.3.2 RD成像方法 181
5.3.3 頻率變標(biāo)成像方法 189
5.4 調(diào)頻連續(xù)波SAR高分辨率成像 199
5.4.1 走動(dòng)校正與二維空變校正相互作用機(jī)理建模 199
5.4.2 基于高階奇異值分解的波數(shù)域成像方法.206
參考文獻(xiàn) 221
第6章 脈沖體制星載Ka波段合成孔徑雷達(dá) 223
6.1 概述 223
6.2 脈沖體制星載SAR超高分辨率成像處理 223
6.2.1 方位多通道滑動(dòng)聚束SAR回波建模 223
6.2.2 方位多通道重構(gòu)方法 225
6.2.3 通道不一致性誤差校正 228
6.2.4 三步式超高分辨率成像方法 234
6.3 星載Ka波段SAR交軌干涉測(cè)量 245
6.3.1 交軌干涉原理 246
6.3.2 交軌干涉信號(hào)處理方法 248
6.3.3 Ka波段SAR交軌干涉試驗(yàn) 254
6.4 星載Ka波段SAR順軌干涉測(cè)量 256
6.4.1 順軌干涉原理 256
6.4.2 DBF掃描接收順軌干涉處理方法 259
6.4.3 順軌干涉試驗(yàn) 267
參考文獻(xiàn) 268
第7章 毫米波合成孔徑雷達(dá)圖像應(yīng)用技術(shù) 270
7.1 概述 270
7.2 基于可訓(xùn)練非線性擴(kuò)散模型相干斑去噪 270
7.2.1 可訓(xùn)練的非線性擴(kuò)散過程 271
7.2.2 用于相干斑去噪的*優(yōu)化非線性擴(kuò)散過程 274
7.2.3 相干斑去噪試驗(yàn)分析 277
7.3 面向?qū)ο蟮哪繕?biāo)檢測(cè)識(shí)別 280
7.3.1 基于雙參數(shù)全局恒虛警率的艦船檢測(cè)方法 280
7.3.2 基于干涉陰影的建筑目標(biāo)檢測(cè)方法 288
7.4 基于毫米波SAR的海洋信息反演 295
7.4.1 海表流場(chǎng)反演方法 296
7.4.2 海面高度反演方法 305
參考文獻(xiàn) 310
毫米波合成孔徑雷達(dá)技術(shù) 節(jié)選
第1章概論 1.1 SAR原理及其發(fā)展 1.1.1 SAR原理 合成孔徑雷達(dá)(synthetic apertureradar,SAR)是一種主動(dòng)微波遙感設(shè)備,它通過雷達(dá)平臺(tái)和目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),在一定積累時(shí)間內(nèi),將雷達(dá)在不同空間位置上接收的寬帶回波信號(hào)進(jìn)行相干處理,從而得到目標(biāo)二維圖像。 在距離向,SAR通過發(fā)射大時(shí)寬帶寬積的線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮來提高分辨率,這一點(diǎn)與常規(guī)雷達(dá)一致;在方位向,SAR利用目標(biāo)和雷達(dá)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)虛擬的合成孔徑來獲得高分辨率,工作時(shí)在勻速直線運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上以一定的脈沖重復(fù)頻率發(fā)射和接收脈沖信號(hào),將回波信號(hào)進(jìn)行相干處理之后實(shí)現(xiàn)方位向的高分辨率。 雷達(dá)在(地面)距離上的分辨率被定義為系統(tǒng)能夠區(qū)分的兩點(diǎn)之間的*小距離。如果距離較遠(yuǎn)點(diǎn)的回波脈沖的前沿到達(dá)時(shí)間遲于距離較近點(diǎn)的回波脈沖的后沿到達(dá)時(shí)間,那么每個(gè)點(diǎn)在雷達(dá)回波的時(shí)間上可以區(qū)分開。如果雷達(dá)脈沖的持續(xù)時(shí)間是tp,那么兩個(gè)可分辨點(diǎn)之間的*小間隔為 (1.1) 其中,為斜距分辨率;c為光速;為入射角。 地面成像帶和雷達(dá)波束寬度的關(guān)系如圖1.1所示。 為了獲得理想的距離分辨率,要求脈沖持續(xù)時(shí)間tp很短,導(dǎo)致系統(tǒng)占空比以及平均發(fā)射功率非常小,系統(tǒng)信噪比(SNR)無法滿足目標(biāo)觀測(cè)的要求。因此,SAR系統(tǒng)采用脈沖壓縮技術(shù)同時(shí)實(shí)現(xiàn)髙分辨率(用較長(zhǎng)的脈沖)和高信噪比。對(duì)接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行壓縮處理(匹配濾波),可以獲得的距離分辨率變?yōu)? (L2) 其中,Br為發(fā)射信號(hào)的帶寬。 SAR系統(tǒng)中方位向(平行于平臺(tái)飛行方向)的高分辨率是通過合成孔徑技術(shù)得到的,這是SAR系統(tǒng)與其他雷達(dá)系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別。SAR系統(tǒng)利用雷達(dá)天線隨著平臺(tái)運(yùn)動(dòng)而形成虛擬的天線陣列,在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過程中雷達(dá)依次采集、存儲(chǔ)回波信號(hào)。在信號(hào)處理時(shí)對(duì)雷達(dá)和目標(biāo)之間距離變化量引入的相位進(jìn)行補(bǔ)償,并將同一目標(biāo)的多個(gè)回波信號(hào)相參疊加,從而實(shí)現(xiàn)方位向的高分辨率。方位向合成孔徑意圖如圖1.2所不。 在雷達(dá)天線波束照射目標(biāo)期間平臺(tái)移動(dòng)的距離為L(zhǎng)syn,天線的方位向尺寸為認(rèn)。其中合成孔徑長(zhǎng)度由實(shí)際天線的方位向波束寬度0a以及雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離丑決定,即 (1.3) 考慮信號(hào)的發(fā)射和接收雙程傳播,任意兩次釆集時(shí)天線到目標(biāo)的相位差是單程傳播引入相位差的2倍,所以合成孔徑虛擬天線陣列的等效波束寬度變?yōu)? (1.4) 因此,通過合成孔徑信號(hào)處理之后,SAR的方位分辨率提升為 (1.5) 從上面的分析可以發(fā)現(xiàn),合成孔徑處理得到的方位分辨率與平臺(tái)和目標(biāo)之間的距離無關(guān),只取決于天線的方位向尺寸。 1.1.2 SAR的發(fā)展 1951年6月,美國(guó)Goodyear宇航公司的Carl Wiley首先提出通過頻率分析方法改善雷達(dá)的角分辨率。與此同時(shí),美國(guó)伊利諾伊大學(xué)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立地用非相參雷達(dá)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了頻率分析方法能改善雷達(dá)的角分辨率。自此,在各國(guó)政府的高度重視與支持下,SAR技術(shù)得到了飛速發(fā)展。1978年6月27日,美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)發(fā)射裝載SAR載荷的Seasat-A海洋衛(wèi)星,標(biāo)志著星載SAR由實(shí)驗(yàn)室研究向應(yīng)用研究的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變,開創(chuàng)了星載合成孔徑雷達(dá)的歷史。該系統(tǒng)在整個(gè)飛行期間獲取了地表一億平方千米的高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù),證明了合成孔徑雷達(dá)從航天高度獲取高分辨率圖像的能力,開啟了SAR技術(shù)研究和應(yīng)用的新紀(jì)元。經(jīng)過60多年的發(fā)展,SAR技術(shù)已經(jīng)成為自然資源普查、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)手段。 1.星載SAR 星載SAR技術(shù)方面,自1978年美國(guó)成功發(fā)射**顆SAR衛(wèi)星Seasat-1以來,星載SAR受到世界上許多國(guó)家的重視。蘇聯(lián)于1991年發(fā)射了Almaz-1SAR衛(wèi)星,歐洲空間局于1991年發(fā)射了ERS-1SAR衛(wèi)星,日本于1992年發(fā)射了其**顆SAR衛(wèi)星JERS-1,加拿大于1995年發(fā)射了Radarsat-1SAR衛(wèi)星,這些衛(wèi)星在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都發(fā)揮了重要作用。進(jìn)入21世紀(jì)以來,星載SAR技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快,意大利、以色列、中國(guó)、印度、俄羅斯、韓國(guó)、阿根廷也已經(jīng)先后發(fā)射了自己的SAR衛(wèi)星,SAR技術(shù)的應(yīng)用不斷拓展。 目前,世界上較為先進(jìn)的在軌星載SAR系統(tǒng)多釆用多極化、多模式、相控陣的技術(shù)路線,典型系統(tǒng)如德國(guó)的TerraSAR-X系列衛(wèi)星、加拿大的Radarsat系列衛(wèi)星、歐洲空間局的“哨兵”(Sentinel)系列衛(wèi)星、以色列的TecSAR衛(wèi)星和中國(guó)的高分三號(hào)(GF-3)衛(wèi)星等。圖1.4給出了髙分三號(hào)衛(wèi)星獲取的一幅SAR圖像(廈門)。 目前已經(jīng)發(fā)射的星載SAR雷達(dá)主要工作在L、C、X波段,其中對(duì)分辨率要求相對(duì)較低的星載雷達(dá)通常采用L、C等低頻段,而高分辨率星載SAR常采用X頻段。隨著對(duì)高精度信息獲取需求的不斷提升,星載SAR技術(shù)開始向更高的毫米波頻段發(fā)展,美國(guó)國(guó)家航空航天局、德國(guó)航空太空中心(DLR)等研究機(jī)構(gòu)先后開展了星載毫米波SAR系統(tǒng)的論證工作。可以預(yù)見,隨著相關(guān)技術(shù)水平的不斷發(fā)展,在不遠(yuǎn)的將來,星載毫米波SAR也會(huì)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段。 表1.1統(tǒng)計(jì)給出了至今己經(jīng)發(fā)射的部分典型星載SAR系統(tǒng)的概況。 2.機(jī)載SAR 機(jī)載SAR技術(shù)方面,1972年,美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)就進(jìn)行了L波段星載SAR的機(jī)載校飛。到今天,世界上先進(jìn)的機(jī)載SAR一方面向多頻段、多通道、多極化、多模式、超高分辨率、三維觀測(cè)能力的高性能復(fù)雜系統(tǒng)發(fā)展,典型系統(tǒng)如法國(guó)航空航天研究中心(ONERA)的RAMAES系統(tǒng)、美國(guó)全球鷹LynxSAR系統(tǒng)和德國(guó)FGAN-FHR的PAMIR系統(tǒng);另一方面向兼顧高分辨率、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、實(shí)時(shí)成像的小型化無人機(jī)SAR系統(tǒng)發(fā)展,典型系統(tǒng)如美國(guó)ImSAR公司研發(fā)的NanoSAR系統(tǒng)。 1)法國(guó)RAMAES系統(tǒng) 法國(guó)航空航天研究中心研制的多頻段、多通道RAMAES系統(tǒng),其在X頻段和Ku頻段的分辨率達(dá)到了0.1m,它通過發(fā)射五個(gè)300MHz的線性調(diào)頻信號(hào)子脈沖串,完成距離大帶寬的合成,通過天線軌跡的精確獲取來獲得方位0.1m的分辨率。 2)LynxSAR系統(tǒng) Lynx工作于Ku波段,可工作于15.2~18.3GHz的約3GHz頻帶內(nèi),其工作模式可由地面控制站通過鏈路進(jìn)行選擇,其聚束模式的分辨率達(dá)0.1m,條帶模式達(dá)0.3m,作用距離為30km。釆用實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù),即使無人機(jī)在轉(zhuǎn)彎或做其他機(jī)動(dòng)飛行時(shí)也能形成高質(zhì)量圖像。 3)德國(guó)PAMIR系統(tǒng) PAMIR系統(tǒng)是一個(gè)寬帶相控陣SAR/GMTI(地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指標(biāo))系統(tǒng),系統(tǒng)中心頻率為9.45GHz,帶寬為1820MHz,PAMIR系統(tǒng)具有5個(gè)接收通道,能夠支持SAR體制下先進(jìn)的陣列信號(hào)處理技術(shù),比如能夠支持利用空時(shí)自適應(yīng)處理(STAP)技術(shù)進(jìn)行GMTI雜波抑制,能夠支持ECCM(電子對(duì)抗)和干涉合成孔徑雷達(dá)(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)髙分辨率3D成像。該系統(tǒng)釆用了先進(jìn)的相控陣天線技術(shù)和多載頻的發(fā)射波形及收發(fā)方案。PAMIR系統(tǒng)獲得的SAR圖像如圖1.5所示。 圖1.5 PAMIR系統(tǒng)獲得的SAR圖像 4)美國(guó)NanoSAR系統(tǒng) NanoSAR系統(tǒng)由微型合成孔徑雷達(dá)開發(fā)商ImSAR公司研發(fā),**代系統(tǒng)為NanoSAR-A,第二代系統(tǒng)為NanoSAR-B。NanoSAR系統(tǒng)的載機(jī)包括“掃描鷹”和E-BUSTER(BLACKLIGHT)小型無人機(jī)。 NanoSAR-A是世界上*小的合成孔徑雷達(dá),載荷質(zhì)量為0.9kg,包括導(dǎo)航系統(tǒng)、天線、電纜、實(shí)時(shí)成像處理器和接收端。
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