中国科学院电子学研究所博士学位论文机载合成孔径雷达运动补偿研究姓名：吕继宇申请学位级别：博士专业：电磁场与微波技术指导教师：阴和俊;雷宏20061001摘要机载合成孔径雷达６Ｍｒｌ：ｏｍｅＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒＡｉｒｂｏｒｎｅＳＡＲ）是一种安装在飞机上的高分辨率微波成像雷达，它以脉冲压缩技术获得距离向高分辨率，以“合成孔径”原理获得方位向高分辨率。理想枫载ＳＡＲ模型和各种成像算法的提出都是以载机匀速直线飞行状态为前提建立的。飞机在大气中飞行，受大气紊流的影响，不可避免地存在偏离理想航迹的平移运动和角运动，载机运动误差的存在都会或多或少地影响ＳＡＲ成像的质量。因此，运动补偿技术一直是机载ＳＡｌｔ领域的重要研究课题，尤其对于高分辨率机载ＳＡＲ成像，运动补偿技术的实现起决定性的作用。本文系统地研究了机载ＳＡＲ运动补偿的相关内容，主要包括：机载ＳＡＲ运动补偿基本原理，基于运动传感器ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ（１ＭＵ）的运动补偿，基于回波数据的运动补偿，基于天线稳定平台的运动补偿。完成的主要工作总结如下：一、结合几种类型运动误差共存时成像指标对载机速度误差和加速度误差的定量要求，提出一种用于分析ＩＭＵ系统误差对高分辨率机载ＳＡＲ成像影响的方法。相比以往的分析方法，本文提出的方法具有更直观、简便和准确的优点。二、提出一种用符号相关杂波锁定算法和对比度最大自聚焦算法提高方位向定位精度的方法，并用实际数据验证这一方法的有效性。利用回波数据进行运动补偿是这一方法实现的理论基础，因此，可以达到较高的定位精度，从而降低了对惯导精度的要求。三、首次深入分析了正侧视机载ＳＡＲ天线波束控制方式对运动补偿的影响，得出如下结论：在运动补偿要求不高的条件下，波束中心始终指向零多酱勒的控制方式可使成像处理过程变得简单。在成像质量要求较高的条件下，需要用回波数据做运动补偿和方位向定位精度校正，选择波束中心始终指向测绘带中心的控制方式更有利。这一分析对于实际机载ＳＡＲ系统设计具有一定的参考价值。四、深入研究了由载机偏航、像仰和横滚三个姿态角运动引起的雷达视线不稳定对成像质量的影响，分析了用三轴陀螺稳定平台隔离载机角运动的必要性，提出了一种基于ＤＳＰ的多控制模式三轴天线稳定平台数字控制器的设计原理和实现方案。首次深入分析了机载ＳＡＲ天线平台伺服回路位置环控制指令角的选择问题，这一分析对于机载ＳＡＲ天线伺服系统设计具有重要参考价值。关键词：机载ＳＡＲ，运动补偿，ＩＭＵ，几何校正，天线稳定平台ＳｔｕｄｙｏｎＭｏｔｉｏｎＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆＡｉｒｂｏｒｎｅＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒＬｖＪｉｙｕ（ＭａｊｏｒｉｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＦｉｅｌｄ＆ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）ＤｉｒｅｃｔｅｄｂｙＰｒｏｆｅｓｓｏｒＹｉｎＨｅｊｕｎａｎｄＬｅｉＨｏｎｇＡｉｒｂｏｒｎｅＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ（ＡｉｒｂｏｒｎｅＳＡｔ）ｉｓａｋｉｎｄｏｆｍｉｃｒｏｗａｖｅｉｍ硒ｎｇｒａｄａｒｏｎｂｏａｒｄａｉｆｐｌａｎｅｓｗｈｉｃｈａｃｑｕｉｒｅｓｈｉ曲ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｎｂｏｔｈｒａｎｇｅａｎｄａｚｉｍｕｔｈｂｙｐｕｌｓｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｃｎｕｒｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ＩｄｅａｌＳＡＲｍｏｄｅｌｉｓｂｕｉｌｔａｎｄａｌｌｉｍａｇｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｐｒｏｖｉｄｅｄｔｈｅａｉｒｐｌａｎｅｆｌｉｇｈｔｓｉｎａｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｗｉｔｈａｃｏｎｓｔａｎｔｓｐｅｅｄ．Ｄｕｅｔｏａｉｒｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｕｎｆｏｒｔｕｎａｔｅｌｙｔｈｅａｉｒｐｌａｎｅｉｎｅｖｉｔａｂｌｙｄｅｖｉａｔｅｓｆｒｏｍｔｈｅｓｔｒａｉｇｈｔｌｉｎｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｉｍａｇｅｑｕａｌｉｔｙｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｍｏｌｅｏｒｌｅｓｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｍｏｔｉｏｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｓａｌｗａｙｓａｋｅｙｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｐｉｃｆｏｒａｉｒｂｏｒｎｅＳＡＲｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｈｉｇｈ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｌｌＪｏｏｍｅＳＡＲ．ＩｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｉｒｂｏｒｎｅＳＡＲｍｏｔｉ