sar数字成像算法

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1、SARDigitalImagingAlgorithms主要汇报内容：一、SAR的工作原理二、主要成像算法简介汇报人：张彦飞（博士生）导师：关键（教授）2005年5月14日一、SAR的工作原理1感性认识正侧视条带(stripmap)SAR的空间几何关系（正视图）正侧视条带SAR的空间几何关系（后视图）SAR的天线位置与点目标的几何关系SAR的天线为什么要侧视工作？技术上可以提高距离向在地面上的分辨率；战术上可以在远距离上实施对战场的侦察。SAR天线侧视的作用从不同角度对SAR的工作原理的理解（1）从阵列天线上看实孔径

2、ULA阵列天线一个小孔径的天线在直线上移动形成的合成阵列天线可以等效于上面的实孔径ULA阵列天线但是两者还有以下的重要区别：SAR与实孔径阵列雷达的区别：实孔径雷达目标在远区场（夫琅和费区）；Rp>2D2/平面波单程相移SAR目标在近区场（菲涅尔区）；Rp<2L2S/球面波双程相移,例如：X波段，波长3cm，D=2m，R0=20公里，得到：合成孔径长度LS=300米，2D2/=267米，2L2S/=6000公里。见下图实孔径阵列天线合成阵天线（1）从匹配滤波上看频域上：匹配滤波器-------相位校正网络-----

3、---移相（延时）和相加SAR的聚焦过程与匹配虑波作用的类比匹配虑波作用：对信号进行：相位校正（同相）和同相相加（2）从相关接收看：时域处理，与频域上的匹配滤波等价。匹配滤波器的输出就是输入信号的自相关函数。（3）从脉冲压缩上看：对线调频信号，‘压缩’滤波器就是‘匹配’滤波器。（4）从多普勒效应上看。对时间（距离）的分辨可以转化为对频率的分辨（因为：SAR回波的平方相位的线性调频特性使时间（距离）和频率二者有线性关系。）SAR的近似简化物理模型：雷达在一个位置发射并在同一位置接收，然后跳到下个位置发射和接收。如此继

4、续下去。这种近似对每次发、收显然是合理的。因为在一次发、收中可以不计多普勒频移，即认为发、收位置重合。这种近似对若干次发、收一起考虑也是允许的。因为实际雷达天线在发、收之间的位移是很小的(小于方位分辨单元宽度)。这里只不过是把距离随时间的连续变化用小阶梯变化近似而已。SAR系统的两种时间：SAR的点目标回波信号为：这样就有两种时间概念：（1）“快”时间（距离时间）：在一个脉冲重复周期内，电波在SAR与目标之间的往返时间。包含在信号包络函数和相位函数中的时间，反映信号的变化。（2）“慢”时间（方位时间）：代表SAR在

5、方位上的位置。仅包含在信号延迟中的时间．反映载机运动引起的位置变化。“慢”时间与多普勒频率特性具有锁定关系。在信号的持续时间里，载机前进所引起的雷达位置的变化是微不足道的，可以忽略。在考虑信号变化的“快”时间间隔(即信号持续时间)里，“慢”时间变化为零．也就是说，两者可以分开．随“快”时间而变的信号决定了雷达的距离向分辨率，而随“慢”时间而变的载机运动，则决定了雷达方位向分辨率。几个强调的问题（1）SAR的角度（横向）分辨力常规雷达：非聚焦SAR：（不做相位校正，只有波程差在1/8波长内（90度相位差）的数据可以使

6、用。）聚焦SAR：D/2（只在Frensel菲涅耳近似的条件下）。曲线见下图示。图1SAR与常规雷达角度（横向）分辨力的比较注意：并不是D无限小，聚焦SAR的角度（横向）分辨力可以无限制的改善。其极限数值是雷达波长的四分之一。原因是当D无限小时，Frensel近似不再成立。D/2只在Frensel菲涅耳近似的条件下才成立。不作Frensel近似，回波信号的瞬时频率D无限小，小天线的波束角加大，合成孔径长度LS加大，合成孔径时间加大，由上图可知，回波信号的瞬时频率趋向一个固定值，导致多普勒带宽也趋向一个极限值。（2）

7、SAR的模糊问题因为SAR是大面积成像的雷达。SAR在任一时刻收到的回波信号都不是从一个点目标来的回波．而是同时到达SAR的所有点目标的回波。假设SAR的观测带宽度为W，观测带内的目标形成的回波经过N个脉冲重复周期后回到雷达，雷达的脉冲重复频率为PRF，为了不出现发射脉冲干扰．则要求观测带内所有的回波能够在同一脉冲重复间隔内到达接收机。但是雷达天线的方向图存在旁辩．也一定能接收来自观测带以外区域来的回波幅号。这些信号是观测带区域的成像信号的干扰信号，我们称之为模糊噪声，因为它不同于白噪声。它们不是随机噪声而是依赖于

8、雷达发射信号的噪声．同时它的大小还与地面后向散射系数、雷达天线口面和脉冲重复频率有关。一般脉冲方式工作的SAR．不能区分出从成像观测带来的回波信号和模糊噪声。距离模糊是指前后发射周期的一些回波信号会伴随着所期望的发射周期的回波信号同时被雷达接收，在距离向上产生模糊噪声。如图所示。SAR的距离模糊原理图在距离向．假设某一区域的回波延时和观测带内目标的回波延时相