摘 要摘 要合成孔径雷达(SAR)是一种全天候、全天时、高分辨率成像的雷达。成像技术是雷达的一种重要的功能，极大地提高了获取目标信息的能力。正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制技术，不仅可以提高频谱利用率，而且当插入足够长度的循环前缀时能够消除小区间干扰。合成孔径雷达应用OFDM循环前缀技术是近年来雷达成像技术领域的新发展。本文在OFDM循环前缀技术和合成孔径雷达原理的基础上，研究了基于OFDM循环前缀的雷达信号和SAR成像算法原理和结构模型，之后主要进行了这两部分的仿真工作。雷达成像算法主要包括方位向和距离向处理过程，SAR成像算法分析是研究OFDM技术应用于雷达的首要条件。因此，第一部分工作研究了SAR成像算法。首先研究了成像过程中距离压缩和方位压缩原理，然后给出了SAR成像算法流程图，并分析了仿真结果。第一部分工作主要为了建立成像算法模型。通信领域中OFDM信号的最重要的特征是当插入足够的循环前缀时，将码间串扰（ISI）信道转换为多个无ISI的子信道。本文充分利用这一特征研究SAR成像算法，即在每个OFDM脉冲前加上足够长度的循环前缀以得到高分辨率的成像。首先对OFDM循环前缀技术在通信技术领域的应用进行介绍，进而对其应用于合成孔径雷达成像技术领域的合理性进行分析。第二部分工作是在雷达算法研究的基础上，进行雷达信号检测分析。关键词合成孔径雷达；正交频分复用；循环前缀；成像算法
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 论文主要工作 4
第二章 基于CPOFDM SAR成像合理性分析 5
2.1 SAR成像基本原理 5
2.2 CPOFDM与雷达成像技术结合的合理性 5
2.2.1 通信系统OFDM循环前缀 6
2.2.2 OFDM循环前缀雷达成像分析 7
2.3 CPOFDM SAR模型框图 7
2.4 本章小结 8
第三章 SAR成像算法 9
3.1 距离向处理 9
3.1.1 距离分辨率 9
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3.1.2 距离压缩 9
3.2 方位向处理 11
3.2.1 方位角分辨率 11
3.2.2 方位压缩 12
3.3 SAR成像算法 14
3.4 本章小结 18
第四章 CPOFDM信号模型 19
4.1 OFDM雷达信号 19
4.2 循环前缀 20
4.3 回波信号 21
4.4 单载波雷达信道估计 24
4.5 单载波雷达信号检测 25
4.6 本章小结 34
结 论 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
第一章 绪论
课题研究背景和意义
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)是一种多载波调制技术，将高速串行数据信号转换成并行低速数据流。应用OFDM能有效对抗多径效应从而减小码间串扰，同时并行传输使频谱利用率提高。使用长于信道的最大时延扩展的循环前缀保证了多径效应产生的拖尾只会干扰到保护间隔的部分，这可以完全消除码间串扰和载波间干扰。由于OFDM在通信领域中表现出的这些特征，该技术应用于雷达中。近年来OFDM雷达作为一种新体制雷达备受关注。
雷达最早出现在第二次世界大战，主要用于监视领空，以防领空侵袭。雷达是通过发射电磁信号，接收来自其威力覆盖范围内目标的回波，并从回波信号中提取目标位置和其它信息。雷达就像一个人有“千里眼”，在军事应用中非常重要。合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是常见的宽带雷达的一个研究方向。合成孔径雷达是通过合成孔径处理来获得目标的高分辨率图像，其应用需求的不断更新对SAR系统不断提出新要求。合成孔径雷达的一个重要指标是分辨率，而高分辨率往往伴随着大的计算量和信息存储量。通过研究更加有效快速的合成孔径雷达成像算法，才可以实现雷达成像的更高分辨率，获得更大的目标信息，拓宽合成孔径雷达的应用范围。由此可以看出，高效率的雷达成像算法对优化成像雷达的性能尤为重要。
雷达成像技术是雷达发展过程中一项标志性的进展，雷达发射波形又接收回波，根据回波来获取目标信息，这一过程通过雷达成像技术展示获取的信息量。目前，常见SAR成像技术由于在分辨率、区间干扰等方面的问题，仍然没有好的成像质量，本文研究基于OFDM循环前缀的SAR成像算法，希望能深入理解该算法相对常见SAR成像算法的优势。
国内外研究现状
一个国家和一个人都不能说雷达技术的发现和发展是他自己的发明，我们必须看到关于“雷达”许多发展和改进的积累[1]。最近十年，国内外关于SAR的文献大幅增加，出现了SAR成像的各种算法及仿真。美、法、英等国外和中国都开展了相关研究，国内的国防学技大学、电子科技大学、北京航空航天大学也有相关于OFDM SAR成像的相关研究，涉及内容从SAR成像算法到新体制雷达系统设计的各个方面。
国外研究现状
首先对于雷达成像技术几个标志性事件进行说明。早期的成像雷达系统是使用真实孔径雷达系统，该系统存在一个无法解决的问题是：其分辨率受到天线尺寸的限制。密西根大学的暑期讨论会上很多学者提出了“合成孔径”，期望解决实孔径雷达的这一难题，并对合成孔径的工作方式有了概念，之后还在会上制定了SAR的发展计划。合成孔径雷达以其成像分辨率高，能有效地识别伪装和穿透掩盖物等优势广泛应用于农业、林业、地质资源、抗险救灾等勘测和军事应用等领域，引起各国研究学者的兴趣。二战后由L.J.Cutrona领导的实验小组进行关于机载合成孔径雷达系统的研究，并得到了第一张全聚焦图像。近年来，在通信领域飞速发展的基础上，合成孔径雷达与通信技术的一体化发展使得雷达成像技术不断发展，多种新体制雷达系统相继出现。
文献[2]中设计的超宽带系统能够分时地进行雷达或通信，该系统中心频率为750 MHz，带宽为500 MHz。雷达探测精度达到了63 cm，检测概率99%，同时虚警概率只有7%；同时误码率为0.002时，数据传输率到达了1 Mb/s，实现了共享发射天线同时雷达和通信功能，同时实现具有低输出功率并且不采用时分复用的简单系统架构[2]。在文献中提出了一个更加先进的方法，即使用线性调频脉冲进行隐秘通信。但是，这两种方法都存在同样的缺点，即通信符号率只与线性调频率相关，在相同的带宽上，数量级通常低于由单一通信系统实现的符号率。因此，从通信的角度来看，这个方法是不合适的。在以后的雷达通信系统的融合过程中，学者们更倾向于扩频信号和OFDM信号在雷达中的应用。

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