陸基線性調頻連續波合成孔徑雷達系統近距離成像技術之研究

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葉俊宏(Chun-Hung Yeh) 查詢紙本館藏

畢業系所

遙測科技碩士學位學程

論文名稱

陸基線性調頻連續波合成孔徑雷達系統近距離成像技術之研究
(Near range condition for a Ground-Based LFM-CW SAR System)

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摘要(中)

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一個全天候主動微波成像雷達。它利用微波信號傳播到目標物計算其回波延遲的時間獲得垂直軌跡方向的分辨率，平行軌跡方向的分辨率則是利用載具與目標物之間的都卜勒效應來判定入標物間相對的空間關係。以線性調頻連續波(Linear frequency modulation continuous wave, LFM-CW)取代傳統脈衝波(Pulse)的雷達系統，有著體積小、重量輕、傳輸能量低的優勢，適合放置在地面和無人載具的短距離量測系統，但也因為其傳輸能量低的特性，探測距離也受到限制，適合用來做近距離量測。
理想的成像演算法是假設在距離遠大於速度和方位方向時間的情形之下，因為幾何條件和實驗情形，在衛載和空載的情形下能滿足此假設，但是在陸基合成孔徑雷達方面，其距離的變化大小會使假設條件無法成立，因實驗儀器和實驗場景的不同，量測的距離有可能是很小的，如果不考慮此情形，在成像演算法中方位方向壓縮的匹配濾波器(matching filter)會造成方位方向壓縮品質不好。因此為獲得高品質的雷達影像，必須考慮在觀測距離很小的情形之下，重新設計方位方向的濾波器，並且針對近距離量測的情形之下，重新對方位方向做壓縮，改善方位方向壓縮品質，並利用實驗室儀器得到雷達影像結果，並加入修正後的方位方向的濾波器來比較其成像的結果，發現修正後的濾波器能有效提高方位方向的解析度，得到較佳的雷達影像的結果。

摘要(英)

Synthetic aperture radar (Synthetic Aperture Radar, SAR) is an all-weather active microwave imaging radar. It transmits microwave signals toward the target on a moving platform and records the returned signals. Conceptually, the resolution along the transmission path is determined by the echo path delay time while the resolution along the moving track is resolved by the Doppler effect between SAR platform and the target objects. Compared to pulse wave radar, LFM-CW (Linear Frequency Modulation Continuous Wave) radar has advantages of compact size, light weight, and low energy transfer, among others, which are suitable for ground and unmanned platforms requirements.
It is satisfy to the surmise for airborne and spaceborne, but it is not satisfy for ground-based system because of near range condition. If we are not considering the condition, the radar image result is not good because of match filter in azimuth direction. We have to consider near range condition and design the better azimuth matching filter because to get better image. The better matching azimuth can improve the image compression. We get the radar image in experiment and add the correction azimuth matching filter. Finally, We can get the better radar image from correction azimuth filter.

關鍵字(中)

★ 合成孔徑雷達
★ 陸基
★ 近距離成像

關鍵字(英)

論文目次

目錄
摘要.................................................................i
ABSTRACT............................................................ii
目錄...............................................................iii
圖目錄...............................................................v
表目錄.............................................................vii
第1章緒論...........................................................1
1-1研究動機與目的..........................................1
1-2文獻回顧................................................1
1-3論文架構................................................2
第2章線性調頻連續SAR技術原理.....................................4
2-1雷達系統..............................................4
2-2雷達方程式.........................................5
2-3解析度...........................................7
2-3-1 距離方向解析度.....................................8
2-3-2 方位方向解析度.....................................9
2-4 SAR原理................................................9
2-5 線性調頻連續波的信號處理...................................11
2-5-1 線性調頻連續波的定義..................................11
2-5-2 線性調頻連續波信號處理流程圖..........................14
2-5-3線性調頻連續波信號模型................................15
第3章線性調頻連續波SAR近距離成像的補償............................26
3-1近距離量測的討論........................................26
3-2信號處理流程............................................27
3-3陸基線性調頻連續波近距離成像的數學模型.....................27
3-4近距離情形的合成長度的討論..............................35
3-5模擬結果和修正模擬的結果................................37
第4章實驗成果與討論................................................46
4-1整體系統架構說明........................................46
4-2實驗設計與規劃..........................................49
4-3實驗結果................................................51
第5章結論與未來展望..................................................56
5-1結論...................................................56
5-2未來展望...............................................57
參考文獻 ...........................................................58
圖目錄
圖2.1雷達和目標物的關係圖............................................7
圖2.2雷達距離方向和方位方向示意圖....................................8
圖2.3鳥鳴率和時間關係圖..............................................8
圖2.4合成孔徑雷達成像幾何示意圖.....................................10
圖2.5 (a)發射和接收訊號圖............................................12
圖2.5 (b):發射訊號頻譜圖.............................................12
圖2.5 (c):差頻訊號頻譜圖.............................................14
圖2.6 LFM-CW SAR 的成像處理流程圖....................................14
圖2.7 LFM-CW SAR 的幾何關係圖........................................15
圖2.8都卜勒頻率偏移.................................................17
圖2.9方位方向天線場型與信號強度關係圖...............................19
圖2.10天線場型計算示意圖............................................19
圖2.11天線場型頻譜圖................................................20
圖3-1信號處理的流程圖...............................................27
圖3-2合成長度和距離的幾何關係圖.....................................35
圖3-3合成長度和對應距離的關係圖.....................................37
圖3-4距離方向的壓縮後影像...........................................39
圖3-5做完RCMC修正後的影像..........................................40
圖3-6考慮近距離情形，做完RCMC修正後的影像..........................41
圖3-7做完方位方向壓縮的雷達影像.....................................42
圖3-8考慮近距離的情形，做完方位方向壓縮的雷達影像...................42
圖3-9距離方向的Wave-profile.........................................43
圖3-10考慮近距離的情形，距離方向的Wave-profile......................43
圖3-11考慮近距離的情形，方位方向的Wave-profile......................44
圖3-12方位方向的Wave-profile對應的3dB解析度.......................44
圖4-1網路分析儀PNA-X 儀器介面.......................................46
圖4-2天線尺寸對照表.................................................47
圖4-3軌道三維控制儀.................................................47
圖4-4路基合成孔徑雷達實驗軌道.......................................48
圖4-5GPIB控制儀器...................................................48
圖4-6三維控制軸.....................................................49
圖4-7目標物.........................................................49
圖4-8實驗幾何圖.....................................................50
圖4-9路基合成孔徑雷達架構圖.........................................50
圖4-10距離方向壓縮的實驗成像結果....................................52
圖4-11距離方向做完RCMC實驗成像結果.................................52
圖4-12方位方向壓縮的實驗成像結果....................................53
圖4-13距離方向壓縮的Wave-profile....................................53
圖4-14距離方向壓縮的Wave-profile的放大圖...........................54
圖4-15方位方向壓縮的Wave-profile....................................54
圖4-16 方位方向壓縮的Wave-profile的放大圖...........................55

表目錄
表2-1雷達波段........................................................5
表2-2發射訊號參數表.................................................13
表2-3天線場型參數...................................................20
表3-1 C-band LFM-CW 模擬參數.........................................38
表4-1 C-Band天線主要規格表..........................................47

參考文獻

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﹝13﹞王俊偉，「陸基LFM-CW合成孔徑雷達系統運動補償之研究」，國立中央大學，遙測科技碩士學位學程碩士論文，民國100年。

指導教授

張中白(Chung-Pai Chang)

審核日期

2015-1-30

推文