星载合成孔径雷达原始数据压缩技术研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 祁海明 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-03-08 |
| 授予单位 | 中国科学院电子学研究所 |
| 授予地点 | 电子学研究所 |
| 导师 | 禹卫东 |
| 关键词 | 合成孔径雷达 原始数据压缩 饱和 现场可编程门阵列 干涉 多普勒中心 自适应 评估 数据模拟 集成测试 软件 |
| 其他题名 | Study of Space-borne SAR Raw Data Compression Techniques |
| 中文摘要 | 星载合成孔径雷达（Space Borne Synthetic Aperture Radar SB-SAR）原始数据压缩技术是解决SB-SAR高数据获取率与有限的星载存储设备容量及数据传输设备带宽之间矛盾的有效途径。本文对SB-SAR原始数据压缩技术进行了较为深入的研究。论文的主要工作及创新性贡献有： (1) 深入研究了国外经典文献中采样信号幅度均值与ADC输入信号标准差的非线性映射关系，发现了其中的推导疏漏，给出了正确推导过程及结果。区分了ADC输入信号标准差与ADC输出信号标准差的概念，并给出采样信号幅度均值与ADC输出信号标准差的非线性映射关系推导过程及结果。 (2) 针对原始数据饱和度较高时BAQ算法性能下降问题，提出了一种自适应抗饱和压缩算法。区别于传统处理方式，该算法应用ADC输出信号标准差归一化饱和原始数据。同时，本文对BAQ算法的核心——Lloyd-Max量化器引入了饱和修正项，提出并完整推导了新的抗饱和最优非线性标量量化器，给出其详尽的设计方案并详细分析了工程上应用FPGA实现星上实时编码时的Look-up table设计问题。地面解码时，本文推导了信号饱和度、ADC峰-峰值、ADC输入、输出信号标准差以及采样信号幅度均值五者之间的映射关系，并以此为依据设计功率补偿解码器，补偿ADC饱和而引起的SAR原始数据功率损失。ERS-1实测数据及仿真数据的实验结果表明，本文提出的压缩、解压缩算法性能明显优于BAQ算法。 (3) 针对BAQ具体实现时，分块数据统计特性估计平稳性问题，提出了应用方位向滑动窗处理代替传统的方位向分块递推处理。完整给出方位向滑动窗处理方式的硬件实现方案，并在理论上详细分析了该方案的计算量。同时，应用ModelSim进行了信号时序仿真。实际数据的处理结果表明，在数据分块尺寸较大或方位向块间统计平稳性较差时，该方法的估计性能明显优于传统的分块递推处理方式。 (4) 针对实际SAR多普勒中心偏移及多普勒谱分裂问题，提出基于一维查找表的自适应多普勒非均匀压缩比分配方法，该方法结合一维量化编码查找表构成二维查找表结构的SAR原始数据自适应频域压缩算法。同时，详细推导了SAR距离向回波频谱解析式，给出距离向非均匀压缩比分配通用方案。实际数据处理结果表明，该方法比传统频域类压缩算法具有更好的信噪比及鲁棒性。理论分析结果表明，其运算量提高很小，易于工程实现。 (5) 模拟了复杂场景SAR原始数据，对该数据及HJ-1-C机载校飞数据进行了不同压缩方案的评估试验，得到了一系列重要结论，研究成果为星上数据压缩方案的选择提供了重要的依据。 (6) 深入研究了原始数据压缩对InSAR系统干涉测高的影响。应用4组典型高程起伏的ERS-1/2实测数据，对BAQ和Amplitude-Phase (AP) 两种有重要工程应用潜力的算法对干涉测高影响进行深入研究。试验结果表明：BAQ算法在设计时，要合理选择数据分块尺寸；同时，对于测高精度要求较高且垂直基线较短的系统，量化位数应至少为4 bit。AP算法在设计时，要合理分配幅度和相位量化比特数。对于平均比特率为3 bit/sample，AP算法最优方案为幅度2 bit、相位4 bit，其性能介于3 bit BAQ和4 bit BAQ之间。 (7) 针对工程需要，设计完成了星上BAQ压缩编码表及地面解压缩表，该成果已经应用于某星载雷达系统和HJ-1-C等在研系统中。 (8) 针对工程需要，设计完成了星载SAR系统集成测试数据分析处理软件，论文对星载SAR系统集成测试原理进行了详细的介绍，对软件的设计流程及相关技术进行了深入的讨论，并给出了一系列数据处理结果。该软件圆满完成了某卫星SAR系统的集成测试工作。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2011-07-19 |
| 页码 | 152 |
| 源URL | [http://ir.ie.ac.cn/handle/80137/8599]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 祁海明. 星载合成孔径雷达原始数据压缩技术研究[D]. 电子学研究所. 中国科学院电子学研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：电子学研究所
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