船只目标三维转动对SAR成像影响的定量分析
作者:
作者单位:

1.中国石油大学(华东)海洋与空间信息学院 青岛 266580;2.自然资源部第一海洋研究所 青岛 266061;3.北京遥测技术研究所 北京 100076

作者简介:

周 鹏 1976年生,副教授,主要研究方向为SAR成像、ISAR成像和海洋遥感.
尹晓舜 1997年生,硕士研究生,主要研究方向为旋翼无人机SAR运动补偿和船只成像方法.
张 晰 1981年生,研究员,主要研究方向为海洋遥感和SAR成像处理.
张振华 1977年生,研究员,主要研究方向为SAR成像和雷达信号处理.
王 影 1979年生,研究员,主要研究方向为雷达信号处理和SAR系统.
张 杰 1979年生,教授,主要研究方向为SAR海洋动力环境探测技术、SAR海洋目标探测技术、高光谱遥感、高频地波雷达海洋探测技术和海洋遥感应用系统的集成。

通讯作者:

周鹏(zhoupeng@upc.edu.cn)

中图分类号:

TN957.52;V243.2

基金项目:

国家自然科学基金重点基金(61931025);山东省自然科学基金(ZR2019MF004);国家自然科学基金项目(61971455)


Quantitative analysis of the influence of three-dimensional rotations of ship targets on SAR imaging quality
Author:
Affiliation:

1.College of Oceanography and Space Informatics, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China;2.First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China;3.Beijing Research Institute of Telemetry, Beijing 100076, China

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    摘要:

    在分析船只三维转动(横滚、俯仰、偏航)对合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像质量的影响方面,现有文献只考虑了仅存在一维转动时的影响,未考虑三维转动同时存在时对SAR成像质量的影响。另外,现有文献主要基于船只转动对船只散射点瞬时多普勒频率的影响进行分析,并未真正与对SAR图像质量的影响关联起来。本文推导了适用于船只存在三种一维转动、同时存在三维转动时的SAR图像二维时域表达式,以及散射点方位向坐标的表达式。在上述表达式的基础上,通过分析船只上的散射点在SAR图像中的偏移情况,扩展到分析船只整体在SAR图像中的形变情况;通过分析一维转动对SAR成像的影响,扩展到分析三维转动同时存在时对SAR成像的影响。研究表明:船只三维转动引入了包络误差和相位误差,导致SAR图像中散射点模糊并在方位向偏移,且不同散射点的偏移量不同,从而使船只形状发生畸变。仿真结果验证了所推导表达式的准确性及理论分析的正确性。

    Abstract:

    In terms of analyzing the effect of a ship’s three-dimensional rotations including the roll, the pitch and the yaw on imaging quality of synthetic aperture radar(SAR), the existing literatures only consider the effect when only one-dimensional rotation exists, and do not consider the effect when three-dimensional rotations exist simultaneously. In addition, the existing literatures mainly analyze the effect of the ship rotation on the instantaneous Doppler frequency of a scatterer on the ship, which is not directly related to the effect on SAR image quality. This paper derives two-dimensional time-domain expression of the SAR image and the expressions of azimuth coordinates of ship scatterers when there are only one kind rotation or three-dimensional rotations at the same time. Based on the derived formula, after analyzing the offset of the scatterer on the ship in the SAR image, we analyze the deformation of the whole ship in the SAR image. After analyzing the influence of one-dimensional rotation on SAR imaging, we analyze the influence of three-dimensional rotations on SAR imaging. The research shows that the three-dimensional rotations of the ship introduces envelope error and phase error, which causes the scattering points in the SAR image to be blurred and shift in azimuth, and different scattering points have different offsets, so that the shape of the ship is distorted. The simulation results verify the accuracy of the derived expressions and the correctness of the theoretical analysis.

    相似文献
    引证文献
引用本文

周鹏,尹晓舜,张晰,张振华,王影,张杰.船只目标三维转动对SAR成像影响的定量分析[J].遥测遥控,2023,44(2):100-111.

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历史
  • 收稿日期:2022-08-23
  • 最后修改日期:2022-10-10
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2023-03-29
  • 出版日期:
  • 优先出版日期: 2023-03-29