1、合成孔徑雷達成像算法 SAR ImagingAlgorithm譚 維 賢中國科學院電子學研究所微波成像技術國家級重點實驗室 內容提綱一、 SAR 信號的性質二、 Range Doppler Algorithm三、 Chirp Scaling Algorithm四、小結 內容提綱一、 SAR 信號的性質二、 Range Doppler Algorithm三、 Chirp Scaling Algorithm四、小結 LFM 信號仿真的結果LFM 信號的時域波形,幅度頻譜與相位頻譜 SAR 信號的性質 SAR信號的表達式接收信號的實數表達式 (4.32點目標 point target與雷達的距離為

2、, 信號延時 , 信號幅度 距離向脈沖包絡 , 地表散射過程中可能引起的信號相位變化 解調后的單個點目標的基帶信號可以表示成為復數形式 (4.39a R 2/a R c 0' A (2000' 2/' 2/cos 22/2/r pul a r a a r a s A s R c A R c f R c K R c =+r (2000, exp 4/exp 2/r s A j f R c j K R c , (R 分別為距離向時間(快時間,方位向時間(慢時間,下標 r 表示 range(距離向 ,下標 a 表示 azimuth (方位向 ,雷達與點目標的距離 隨著方位向時

3、間發生變化。點目標仿真的結果 點目標回波信號的二維圖形 SAR 信號性質 點目標仿真:回波信號幅度灰度圖 距離向方 位 向零斜視角 (zero squint情況下單個點目標的時域性質:幅度SAR信號性質 點目標回波信號的相位(正掃頻,雙曲線 距離向方 位 向零斜視角 (zero squint情況下單個點目標的時域性質:相位正掃頻:雙曲線, up chirp, hyperbolae點目標仿真 :SAR信號性質 點目標回波信號的相位(負掃頻,橢圓 距離向方 位 向零斜視角 (zero squint情況下單個點目標的時域性質:相位負掃頻:橢圓, down chirp, ellipse點目標仿真 :

4、距離與方位之間的交叉耦合。為了得到方位 向傅立葉變換后的精確信號解析形式,需要首先 了解目標的二維頻域信號,因此,需要進行:1. 距離向傅立葉變換 2. 方位向傅立葉變換一般情況下的信號頻譜 :SAR 信號性質(2222rR R V =+(2000, exp 4/exp 2/r s A j f R c j K R c 上式為(5.4 ,(5.5是方位向時間頻率與方位向調頻率的關系類似可以得到多普勒中心頻率和多普勒中心時間為 (5.6,(5.7直接應用 POSP 于 (5.2式得到距離多普勒域的頻譜SAR 信號性質(0000220022, , exp 22/exp 4/exp exp 2/exp

5、 2exp 4/2/exp 2/exp 2crd r a c a rar rd r rd a S f s j f d A R c j f R c j K j K R c j f d A W f f j f R c R f c j K R f c j K f d =+(22, /220, /a a a aK f d d K f f K f K =+=+=, /c a c c c af K f K = 點目標仿真 : 零斜視角 (zero squint,正掃頻情況下單個點目標的頻譜性質RD頻譜幅度 點目標仿真 : 零斜視角 (zero squint,正掃頻情況下單個點目標的頻譜性質RD頻譜相位 F

6、ig 5.17零斜視角 (zero squint,正掃頻情況下單個點目標的頻譜性質 二維頻譜幅度點目標仿真 : Fig 5.17零斜視角 (zero squint,正掃頻情況下單個點目標的頻譜性質 二維頻譜相位點目標仿真 :內容提綱一、 SAR 信號的性質二、 Range Doppler Algorithm三、 Chirp Scaling Algorithm四、小結 合成孔徑雷達成像算法 2009.10.14 北京RD成像算法 RD 算法第一部分 :距離壓縮距離壓縮:1. 原始數據(二維時域進行距離向 FFT ;2. 距離頻域方位時域信號與距離向頻域匹配濾波器 參考函數相乘,消除指數項中的 項

7、 .2f 3. 距離向匹配之后的信號進行距離向 IFFT ,完成距離壓縮,距離壓縮后的信號在二維時域。 合成孔徑雷達成像算法 2009.10.14 北京點目標仿真的結果 點目標回波信號的二維圖形RD成像算法 合成孔徑雷達成像算法 2009.10.14 北京 RD成像算法點目標仿真的結果距離向脈沖壓縮(匹配濾波后的信號 RD 域波形 點目標仿真的結果 距離向脈沖壓縮(匹配濾波后的信號時域波形 RD 算法第二部分 :方位壓縮與距離徙動校正方位壓縮與距離徙動校正:1. 距離壓縮后的數據(二維時域進行方位向 FFT ; 2. 距離時域方位頻域信號進行距離徙動校正。 3. 距離徙動校正之后的距離時域方位

8、頻域信號與方位向頻域匹配濾波器參考函數相乘,消除指數中的 4. 方位向匹配之后的信號進行方位向 IFFT ,完成方位壓縮, 最后得到的信號在二維時域。2f 點目標仿真的結果 點目標經過 RD算法脈壓后的二維圖形 點目標仿真的結果 點目標經過 RD算法脈壓后的三維表示 內容提綱一、 SAR 信號的性質二、 Range Doppler Algorithm三、 Chirp Scaling Algorithm四、小結 CS成像算法CSA 成像處理算法流程CSA 的基本流程如下頁圖示,主要步驟包括四次 FFT 和三次相位相乘。各步驟說明如下:1. 通過方位向 FFT 將數據變換到距離多普勒域。2. 通過相位相乘實現 Chirp Scaling操作,使所有目標的距離徙動軌跡一致化。這是第一步的相位相乘。3. 通過距離向 FFT 將數據變成二維頻域。4. 通過與參考函數進行相位相乘,同時完成距離壓縮, SRC 和一致 RCMC 。 這是第二步相位相乘。5. 通過距離向 IFFT 將數據變