SAR成像与成像算法.doc

(完整word版)SAR成像与成像算法(完整word版)SAR成像与成像算法(完整word版)SAR成像与成像算法SAR成像1合成孔径雷达（SAR1。1SAR简介合成孔径雷达(SAR是一种可以全天候、全天时工作的高分辨率成像雷达。它利用天线和目标之间相对运动而形成等效合成孔径,解决了雷达设计中高分辨率与大尺寸天线和短工作波长之间的矛盾,在遥感和国防中潜在着极大的应用价值。星载SAR一般工作在正侧视状态,但在特殊应用中，也会工作在斜视状态.图1给出了星载SAR正侧视模式的空间几何关系.飞行路径在地面上的投影（地面轨迹方向称为方位方向，而与其垂直的方向称为距离方向。距离向使用脉冲压缩技术实现高分辨率；方位向利用多普勒效应，经过相干处理得到高分辨率。图1SAR的几何关系1.2SAR信号模型：SAR信号可以分为距离向信号和方位向信号。首先考虑SAR距离向信号。SAR距离像脉冲可表示为：（(20(cos2rrsrectfKTττπτπτ=+(1.2.1其中,rT为脉冲持续时间,rK为距离向昧冲的调频率，0f为中心频率，τ以脉神中心为参考原点。任一照射时刻的反射能量脉冲波形和照射区域内地面反射系数rg的卷积，如下所示：((（rrsgsτττ=⊗（1.2.2考察距雷达0R处的一个目标点，其后向散射系数0σ的幅度为A,则式(1.2。2中的（02rgARcδτ=-，其中c为光速,02Rc为该点的信号延时.所以可知,该点目标的接收信号为:((（（200002（cos222rrrRcsArectfRcKRcTττπτπτφ-=-+—+(1。2。3其中,φ表示地表散射过程可能引起的首达信号相位改变。现在考虑方位向信号。由于大多数SAR天线在方位面内没有加权,其单程方向图可以近似为一个sinc函数:(0。886sinabwPcθθβ⎛⎫≈⎪⎝⎭（1。2.4其中θ为斜距平面内测得的与视线的夹角,bwβ方位向波束宽度0.886aLθλ，aL为方位向天线长度.由于雷达能量的双程传播过程，接收信号的强度由式（1。2。4平方给出，并且可以表示成方位时间η的函数:(（（2aawPηθη=(1.2.5其中方位时间与θ的关系是(sinVRηθη=—。所以,点目标的接收信号可以写成：（((（（(（（202，(cos222racrRcsArectwfRcKRTτητηηηπτηπτηφ-=--+-+(1.2.6其中，（2220RRVηη=+,0R为最短距离,cη为波束中心穿越时刻,上述信号其实是一个二维信号，它包含了距离同时间和方位向时间，其中题离向时间又成为快时间,而方位向时间成为慢时间.由子接收信号（rsτ包含了雷达载}（0cos2fπτ，在采样之前,载频必须通过正交解调过程去除。解调后的单个点目标的基带信号可以表示成复数形式：(（（(（(((20002，(exp4exp2acrRcsArectwjfRcjKRcTτητηηηπηπτη—=-⨯—-（1。2.7其中,系数0A为一个复常数（0expAAjθ=。1。3分辨率1.3。1距离分辨率SAR的距离分辨率仅由雷达发射被形的频带宽度决定。距离分辨率有斜距分辨率rρ（沿星载SAR与目标的连线方向量度和地距分辨率grρ(沿地量度之分。在评价SAR的距离分辨率时,一般用地距分辨率。地距分辨率和斜距分辨率有如下关系：singrrρρθ=(1。3。1斜距分辨率为：2rcBρ=（1。3.2其中,B为雷达发射波形的频带宽度。1.3。2方位分辨率SAR处理之前的方位向分辨率为波束宽度在地面的投影，即（(’0.886acbwaRPRLηληθ=(1。3。3该式成为真实孔径雷达分辨率。而以距离为量纲的合成孔径雷达分辨率可成：，2gaaasVLPVωγ=(1。3.4其中,,aωγ为处理中加窗引入的展宽因子。一般的，星载SAR情况下，1gasVVωγ≈，方位向分辨率可以写成2aaLP=。这意味着方位向分辨率是天线长度的一半，与距离、速度和波长等因素无关。这是合成孔径雷达系统最显著的特点。1。4SAR的距离徙动根据（2220RRVηη=+,瞬时斜距（Rη随方位时间η而改变，为η的双曲函数。该等式表明目标轨迹（以距离为量纲是方位时间函数。距离采样间隔为2rcF,其中rF为距离采样率。这意味着在信号存储器中,照射时间内的目标轨迹经过不同的距离单元,因此称为“距离单元徙动"或者RCM.图2目标轨迹在不同距离上的变化趋势等式（（，rdrRRfDfVηη==给出了距离多普勒域中的斜距等式，其中(rdRfη近似fη的双曲函数。如图2所示,在方位时域中距离双曲函数的弯曲程度随着距离变量的增加而减小。这是由于，从等式(22002rVRRRηη=≈+可以看出，距离变量0R在分母上，因此,双曲线随着0R的增加而逐渐张开。1.5SAR模糊问题1。5.1距离模糊距离模