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（SAR 1。1 SAR 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1 SAR 的几何关系 1.2 SAR 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(cos 2r r s rect f K T τ τπτπτ=+ (1.2.1 其中,r T 为脉冲持续时间,r K 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r g 的卷积，如下所示： ((（r r s g s τττ=? （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（02r g A R c δτ=-，其中c 为光速,02R c 为该点的信号延时.所以可知,该点目标的接收信号为: ((（（ 2 00002（ cos 222r r r R c s Arect f R c K R c T ττπτπτφ-=-+—+(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sin c 函数: (0。886sin a bw P c θ θβ?? ≈ ??? （1。2.4 其中θ为斜距平面内测得的与视线的夹角,bw β方位向波束宽度 0.886a L θλ，a L 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: (（（2a a w P ηθη= (1.2.5 其中方位时间与θ的关系是( sin V R η θη=— 。 所以,点目标的接收信号可以写成： （((（（(（（ 2 02，( cos 222r a c r R c s Arect w f R c K R T τητηηηπτηπτηφ -=--+-+ (1.2.6 其中，（2 220R R V ηη=+, 0R 为最短距离,c η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（r s τ包含了雷达载}（0cos 2f πτ，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： (（（(（(( ( 2 0002，(exp 4exp 2a c r R c s A rect w j f R c j K R c T τητηηηπηπτη—=-?—- （1。2.7其中,系数0A 为一个复常数（0exp A A j θ=。 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r ρ（沿星载SAR 与目标的连线方向量度和地距分辨率gr ρ(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： sin gr r ρρθ= (1。3。1 斜距分辨率为： 2r c B ρ= （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 （(’0.886a c bw a R P R L ηλ ηθ= (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： ，2g a a a s V L P V ωγ= (1。3.4 其中,,a ωγ为处理中加窗引入的展宽因子。 一般的，星载SAR 情况下 ，1g a s V V ωγ≈，方位向分辨率可以写成2 a a L P = 。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。4 SAR 的距离徙动 根据（2 220R R V ηη=+,瞬时斜距（R η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