合成孔径雷达(SAR)课件.ppt

1、第第6章章 合成孔径雷达合成孔径雷达1 概概 述述SAR 是一种脉冲雷达技术，具有较高的分辨率，可以获得区域目标的图像。SAR 具有广泛的应用领域，主要有: 机载SAR 星载SAR2 合成孔径原理合成孔径原理(1)n 合成孔径雷达是釆用相干雷达系统和单个移合成孔径雷达是釆用相干雷达系统和单个移动的天线模拟真实线性天阵中所有天线的功能。动的天线模拟真实线性天阵中所有天线的功能。单个天线依次占据合成阵列空间的位置单个天线依次占据合成阵列空间的位置。在合成。在合成阵列里，在每个天线位置上所接收的信号，其幅阵列里，在每个天线位置上所接收的信号，其幅度和相位信息都被存储起来，这些被存储的数据度和相位信息

2、都被存储起来，这些被存储的数据经过处理，成像为被雷达所照射区域的图豫。经过处理，成像为被雷达所照射区域的图豫。n 典型的合成孔径雷达结构是侧视的，其雷达典型的合成孔径雷达结构是侧视的，其雷达天线同飞机航线相垂直，并向下俯适当角度，横天线同飞机航线相垂直，并向下俯适当角度，横向距离分辨力定义为飞行航线上的分辨力。向距离分辨力定义为飞行航线上的分辨力。 2 合成孔径原理合成孔径原理(2)2 合成孔径原理合成孔径原理(波束形成波束形成)d天线阵目标目标相邻两个阵源接收信号的空间延迟为相邻两个阵源接收信号的空间延迟为:sind2 合成孔径原理合成孔径原理(波束形成波束形成)相邻两个阵源接收信号的相位差

3、为相邻两个阵源接收信号的相位差为:sin2 dM个阵源接收的信号序列为个阵源接收的信号序列为:)sin) 1(2exp(*)(),.,sin2exp(*)(),(dMjFdjFF其中 为单个阵源的天线方向图为单个阵源的天线方向图,满足满足:显然显然, M个阵源接收的信号构成等比级数。个阵源接收的信号构成等比级数。)(FD2 合成孔径原理合成孔径原理(波束形成波束形成) 对对M个阵源接收信号构成的等比级数求和个阵源接收信号构成的等比级数求和, 可以得到可以得到:)sin) 1(exp()sinsin()sinsin()()sin2exp(1)sin2exp(1)(dMjdMdFdjMdjFOUT

4、2 合成孔径原理合成孔径原理(波束形成波束形成) 取取M个信号和的包络个信号和的包络, 可以得到可以得到:sin(sin)|()|sin(sin)M dO U TFd 上式表明上式表明, 单个阵元的波束宽度被加权单个阵元的波束宽度被加权, 形成形成新波束新波束,新波束的形状由上式中的分式决定。新波束的形状由上式中的分式决定。2 合成孔径原理合成孔径原理(波束形成波束形成)|)sinsin()sinsin(|dMd上式的形状由分子决定上式的形状由分子决定, 其中其中:Rxsin式中式中, R为目标的距离为目标的距离, x 为目标的横向分辨距离。为目标的横向分辨距离。 2 合成孔径原理合成孔径原理

5、(波束形成波束形成)RdMxRxdM 求第一零点位置确定半功率点分辨率求第一零点位置确定半功率点分辨率, 令令:dM 阵列信号处理后的波束分辨率为阵列信号处理后的波束分辨率为: 2 合成孔径原理合成孔径原理(波束形成波束形成) 考虑合成孔径雷达信号的双程相位差，考虑合成孔径雷达信号的双程相位差，dM 2 合成孔径雷达的波束分辨率为合成孔径雷达的波束分辨率为: 3 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）聚焦与非聚焦示意图聚焦与非聚焦示意图RRxR2/22Tvs目标A目标B聚焦2TvsRyxR2/)(2tvxseLy3 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚

6、焦处理）对于目标对于目标A, 天线任意位置与其的距离为天线任意位置与其的距离为:222)(1RxRxRRA因为目标的距离与天线横向移动的距离相比较大因为目标的距离与天线横向移动的距离相比较大, 则运用泰勒级数展开进似可以得到则运用泰勒级数展开进似可以得到:RxRxRRA22223 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）对于目标对于目标A, 回波信号的双程相位差为回波信号的双程相位差为:RtvRxts2424)(2221对于目标对于目标B, 回波信号的双程相位差为回波信号的双程相位差为:RytyvtvRytvRyxtsss2)2(42)(42)(4)(2222223 合成

7、孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理） 则对任意位置则对任意位置y，在整个孔径时间内积分可在整个孔径时间内积分可以得到目标在所有以得到目标在所有y位置上的信号包络位置上的信号包络. 当对雷达当对雷达载体沿直线飞行产生的二次相位误差不补偿时：载体沿直线飞行产生的二次相位误差不补偿时： 这时的积分处理称非聚焦处理这时的积分处理称非聚焦处理, 否则称为聚焦否则称为聚焦处理。处理。RtvRxts2424)(22213 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）非聚焦处理非聚焦处理: 在在y处的点目标回波响应为处的点目标回波响应为:2/2/22/222/22/22

8、/24()( )exp24()|( )|cos 24()sin 2TsTTsTTsTv tyZ yjdtRv tyZ yjdtRv tyjdtR3 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）5 .0| )0(/)(|2ZyZ求半功率点波束宽度求半功率点波束宽度, 令令:最后得到其横向分辨率为最后得到其横向分辨率为:RDyRy5 .0真实孔径天线横向分辨率为真实孔径天线横向分辨率为:3 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）聚焦处理聚焦处理:聚焦处理需要对二次相位差进行补偿聚焦处理需要对二次相位差进行补偿, 有有:)22(4)()(212RyRxytt

9、这时回波响应为这时回波响应为:dtRyRxyjyZTT)2(4exp)(22/2/3 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）2/ 2/ 22/ 2/ 224()exp()244expexp24sin2/()exp22/TsTTsTssv tyyZ yjdtRRyv tyjjdtRRyv TyRjRv TyR3 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）求归一化回波功率增益求归一化回波功率增益:222)2()2(sin|)0()(|RTyvRTyvZyZss5 . 0| )0(/ )(|2ZyZ 求半功率点波束宽度求半功率点波束宽度, 令令:0.5,y

10、RyRD 3 合成孔径原理合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）非聚焦与聚焦处理）RDTvLse886. 0合成孔径的最大长度为合成孔径的最大长度为:0.5,yRyRD 最后得到其横向分辨率为最后得到其横向分辨率为:TvRys2886. 0 最终，理论上合成孔径的横向分辨率为最终，理论上合成孔径的横向分辨率为:,2Dy4 合成孔径原理合成孔径原理(频率分析方法频率分析方法) Carl Wiley首次提出频率分析方法首次提出频率分析方法解决雷达角分辨率问题。从多普率频率分解决雷达角分辨率问题。从多普率频率分辨出发，研究目标的分辨。证明当两个点辨出发，研究目标的分辨。证明当两个点目标其多普勒频率可分时，

11、两个目标空间目标其多普勒频率可分时，两个目标空间上也可分。上也可分。 4 合成孔径原理合成孔径原理 (频率分析方法频率分析方法)目标的多普勒频率目标的多普勒频率1P1P22雷达平台运动方向4 合成孔径原理合成孔径原理(频率分析方法频率分析方法)对目标对目标P1,P2, 它们多普勒频率为它们多普勒频率为:11222cos2cossdsdvfvf它们的多普勒频率差为它们的多普勒频率差为:12122coscossddvfff4 合成孔径原理(频率分析方法频率分析方法)21212121212coscos22sin() sin()2222sin() sin()22sddssvfffvv通常存在下面关系通

12、常存在下面关系:2)2sin(124 合成孔径原理合成孔径原理(频率分析方法频率分析方法)sin2svf点目标间的多普勒增量为点目标间的多普勒增量为:DTf1多普勒频率分辨与滤波器时间常数存在如下关系多普勒频率分辨与滤波器时间常数存在如下关系:只要多普勒频率增量能够被分辨，则方位分辨率为只要多普勒频率增量能够被分辨，则方位分辨率为:sin2sDxvTRR4 合成孔径原理合成孔径原理(频率分析方法频率分析方法)DvRTsD当当=90 度度, 多普勒滤波器的时间常数为多普勒滤波器的时间常数为:最终的方位分辨率为最终的方位分辨率为:2Dx5 SAR 基本参数基本参数n最大聚焦合成孔径长度最大聚焦合成

13、孔径长度:n天线尺寸的减小导致更长的聚焦合成孔径长度天线尺寸的减小导致更长的聚焦合成孔径长度nSAR 聚焦分辨率聚焦分辨率:n分辨率的改善与天线尺寸有关，与距离和波长无关分辨率的改善与天线尺寸有关，与距离和波长无关DRLmax22DLRmaxsar6 SAR 基本组成基本组成电源分配单元SAR天线子系统高功率微波电路接收机校准系统发射机定时与数据处理载荷计算磁波记录器传输系统7 SAR 信号处理信号处理SAR数字信号处理数字信号处理输入数据接口 方位预处理 距离压缩 距离走动校正 方位压缩幅度检测多视相加 参考函数产生 控制 单元 运动参数提取几何幅度校正 输出数据调节控制指令惯性导航系统8

14、SAR成像模式成像模式(1) Stripmap(条带式条带式):n最早的成像模式，最早的成像模式，1950sn低分辨率成像的最有效方法低分辨率成像的最有效方法(2) Spotlight(聚束式聚束式):n在在1970s提出提出n获得较高的分辨率获得较高的分辨率n一次飞行中，通过不同视角改变对同一区域一次飞行中，通过不同视角改变对同一区域成像成像8 SAR成像模式（成像模式（2）（3）Scan(扫描模式扫描模式):n信号处理非常复杂信号处理非常复杂（4）InSAR(干涉干涉SAR)n获取地面高度信息获取地面高度信息, 进行进行3D成像成像（5）ISAR(逆逆SAR)n雷达静止，目标运动雷达静止，

15、目标运动9 SAR回波信号特性回波信号特性n空间几何关系空间几何关系n回波信号模型回波信号模型n回波信号的特性回波信号的特性9.1 SAR回波信号特性回波信号特性（空间几何关系）空间几何关系）SAR空间几何关系空间几何关系合成孔径雷达坐标系合成孔径雷达坐标系 假设被测目标为一理假设被测目标为一理想点目标想点目标P P，P P点与航线点与航线的垂直斜距为的垂直斜距为R R0 0。我们我们建立航线和建立航线和R R0 0所构成的所构成的坐标平面。设雷达天线坐标平面。设雷达天线在在t=0t=0时，位于坐标原点。时，位于坐标原点。在某一瞬时在某一瞬时t t，雷达天线雷达天线的位置在的位置在Xa=VaX

16、a=Va* *t t。点目点目标标P P的位置在这个坐标系的位置在这个坐标系里是固定的，其坐标为里是固定的，其坐标为( (Xp,RXp,R0 0) )。9.1 SAR回波信号特性回波信号特性（空间几何关系）空间几何关系）在在t t时刻，时刻，P P与雷达天线的斜距为：与雷达天线的斜距为：2200()prRXX一般情况下，上式可近似为：一般情况下，上式可近似为：220000200()()12ppXXXXrRRRR9.1 SAR回波信号特性回波信号特性（空间几何关系）空间几何关系）= 设发射信号为：设发射信号为：( )exp()S tj t则接收信号为：则接收信号为：2000()22pXXRrcc

17、cR0( )exp()rS tjt其中其中: :9.2 SAR回波信号特性回波信号特性（信号模型）（信号模型）则接收信号为：则接收信号为：2000200002 ()40()2( )exp()pprXXRjjRj tXXRS tjtccRe ee该信号的相位为：该信号的相位为：1239.2 SAR回波信号特性回波信号特性（信号模型）（信号模型）20302 ()pXXR 024 R 1t发射信号的线性相位：发射信号的线性相位：与距离有关的常数相位：与距离有关的常数相位：雷达平台运动产生的二次相位：雷达平台运动产生的二次相位：9.2 SAR回波信号特性回波信号特性（信号模型）（信号模型）220302

18、()VttR 如果令如果令X X0 0=V=V* *t t0 0，Xp=VXp=V* *t t，则有则有: :将相位对时间求导数，即得回波信号的瞬时频率：将相位对时间求导数，即得回波信号的瞬时频率：22000200042()122()rRVttdftdtRVfttR9.2 SAR回波信号特性回波信号特性（信号模型）（信号模型）天线与目标相对运动引起的多普勒频移为：天线与目标相对运动引起的多普勒频移为： 它随时间呈线性变化，可见回波信号是一种线性它随时间呈线性变化，可见回波信号是一种线性调频信号，其调频斜率为：调频信号，其调频斜率为：2002()dVfttR 9.2 SAR回波信号特性回波信号特

19、性（信号模型）（信号模型）022RVK 以以t t0 0为中心，在整个合成孔径时间内，多普勒频为中心，在整个合成孔径时间内，多普勒频率的最大值出现在两个端点处，即：率的最大值出现在两个端点处，即：00/22ssLTtttV22000022()22ssdTTVVfttRR 9.2 SAR回波信号特性回波信号特性（信号模型）（信号模型） 回波多普勒频移得带宽为：回波多普勒频移得带宽为：202dsVfTR9.2 SAR回波信号特性回波信号特性（信号模型）（信号模型）DVfd210 SAR成像处理算法成像处理算法n处理流程处理流程n距离迁移和聚焦深度距离迁移和聚焦深度n距离迁移校正距离迁移校正n多普勒

20、参数估计多普勒参数估计10.1 SAR成像处理算法成像处理算法（处理流程）处理流程） 从信号处理角度，从信号处理角度，SARSAR的数字成像可以归结为一的数字成像可以归结为一个解二维卷积的过程：个解二维卷积的过程：( , )( , )( , )S x rx rh x r SARSAR信号的二维相关问题分解成距离向和方位向两信号的二维相关问题分解成距离向和方位向两个一维相关卷积：个一维相关卷积：( , )( , )( )( )rraaS x rx rh rh x RDRD算算法法处处理理流流程程图图 SARSAR二维回波数据二维回波数据 距离压缩后的二维数据距离压缩后的二维数据10.2 SAR成

21、像处理算法成像处理算法（距离迁移和聚焦深度）距离迁移和聚焦深度） 对于不同的脉冲，经距离压缩后的点目标对于不同的脉冲，经距离压缩后的点目标响应必然出现在不同的距离上，这就是距离迁移。响应必然出现在不同的距离上，这就是距离迁移。由于距离迁移现象的存在，必须从不同的距离门由于距离迁移现象的存在，必须从不同的距离门中得到用于一次方位处理的数据。它们在数据阵中得到用于一次方位处理的数据。它们在数据阵中的曲线中的曲线(距离迁移曲线距离迁移曲线)为为:200020( )()()()()24ccDcrccR sRRssRssffRssss10.3 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移和聚焦深度）距离迁移

22、和聚焦深度）200020( )()()()()24ccDcrccR sRRssRssffRssss10.3 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移和聚焦深度）距离迁移和聚焦深度）200020( )()()()()24ccDcrccR sRRssRssffRssss其中其中:sDcVfsin2022RVfr距离迁移是距离迁移是SARSAR处理中必然出现的现象，距离迁移为处理中必然出现的现象，距离迁移为0( )RR sR 虽然距离迁移是虽然距离迁移是SARSAR处理中必然出现的现象，但它处理中必然出现的现象，但它的大小随系统参数不同而变化，并不总需要补偿。通的大小随系统参数不同而变化，并不总需要

23、补偿。通常认为，如果最大距离迁移值不大于四分之一个距离常认为，如果最大距离迁移值不大于四分之一个距离分辨单元，则距离迁移不需要补偿，即：分辨单元，则距离迁移不需要补偿，即：20()8RxRx为方位分辨率为方位分辨率10.3 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移和聚焦深度）距离迁移和聚焦深度） 可以在多宽的距离间隔之内使用相同的方位滤波可以在多宽的距离间隔之内使用相同的方位滤波器，就是聚焦深度。如果在方位处理器中所使用的器，就是聚焦深度。如果在方位处理器中所使用的R R0 0不是目标点的真实距离，它的误差导致的不是目标点的真实距离，它的误差导致的f fr r的失配为的失配为00()rrffR

24、R 一般认为在多普勒频带边缘由失配造成的相位差小一般认为在多普勒频带边缘由失配造成的相位差小于于4545度，则失配是可以忽略的。因此聚焦深度准则为度，则失配是可以忽略的。因此聚焦深度准则为2|44srDTf10.3 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移和聚焦深度）距离迁移和聚焦深度）10.4 SAR10.4 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移校正）距离迁移校正）时域距离迁移方程为：时域距离迁移方程为：21( )()22DcrR tf tf t ( )Dcrf tff t10.4 SAR10.4 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移校正）距离迁移校正）多个点目标的距离迁移多个点目标

25、的距离迁移10.4 SAR10.4 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移校正）距离迁移校正）点目标的多普勒历程为：点目标的多普勒历程为：( )Dcrf tff t频域的距离迁移方程为：频域的距离迁移方程为：2( )() 22DcDcrDcrrfffffR ffff 10.4 SAR10.4 SAR成像处理算法成像处理算法（距离迁移校正）距离迁移校正）频域距离迁移频域距离迁移10.5 10.5 多普勒参数估计多普勒参数估计点目标回波信号为：点目标回波信号为：21( )exp(2 ()2rDcrS tjf tf t其中，其中， fDc 是多普勒中心频率是多普勒中心频率 fr是多普勒调频率是多普

26、勒调频率10.5 10.5 多普勒参数估计多普勒参数估计 点目标回波信号匹配滤波器应为点目标信点目标回波信号匹配滤波器应为点目标信号模型的共轭：号模型的共轭：)21(2exp()()(2tftfjtSconjthrDcrr 可见通过参数可见通过参数 fDc和和fr 的估计，可以构的估计，可以构造出匹配压缩函数造出匹配压缩函数。 10.6 方位谱直接测量方位谱直接测量雷达回波的方位向频谱为雷达回波的方位向频谱为:( , )( , )( , )S f rf rh f r对多条方位功率谱线进行平均，得到：对多条方位功率谱线进行平均，得到：222| ( , )| ( , ) | ( , )|E S f

27、 rEf rh f r若地面后向散射系数服从高斯分布，则：若地面后向散射系数服从高斯分布，则：2( , )1Ef r 我们可以得到：我们可以得到： 由此可以看出，方位功率谱与点目标的方由此可以看出，方位功率谱与点目标的方位匹配压缩函数有直接的关系，而方位匹配压位匹配压缩函数有直接的关系，而方位匹配压缩函数的形式由两个多普勒待估计参数决定，缩函数的形式由两个多普勒待估计参数决定，利用这一点可直接从回波的方位功率谱中提取利用这一点可直接从回波的方位功率谱中提取多普勒参数。多普勒参数。22|( , )| | ( , )|E S f rh f r10.6 方位谱直接测量方位谱直接测量l 方位谱峰测定法

28、方位谱峰测定法l 功率谱能量平衡法功率谱能量平衡法l 方位功率谱宽测定法方位功率谱宽测定法方位谱直接测量：方位谱直接测量：l （1 1）方位谱峰侧定法）方位谱峰侧定法 SARSAR回波信号的方位功率谱受天线方向图回波信号的方位功率谱受天线方向图的调制，由于方位图的峰值为天线指向中心，的调制，由于方位图的峰值为天线指向中心，因此功率谱峰值的位置就是多普勒中心频率的因此功率谱峰值的位置就是多普勒中心频率的位置。位置。 这种方法的精度依赖于成像场景的均匀这种方法的精度依赖于成像场景的均匀程度，越是均匀场景测量精度越高。一般程度，越是均匀场景测量精度越高。一般SARSAR成像区域并非均匀场景，可对多条

29、方位功率谱成像区域并非均匀场景，可对多条方位功率谱线进行平均来减少非均匀场景的起伏。但在场线进行平均来减少非均匀场景的起伏。但在场景变化很大时，其估计精度仍较差。景变化很大时，其估计精度仍较差。（2 2）功率谱能量平衡法）功率谱能量平衡法l 在均匀场景中回波方位谱是关于多普勒中在均匀场景中回波方位谱是关于多普勒中心频率对称的，如下图。心频率对称的，如下图。 当当f fDcDc，有一定偏差时，满足：有一定偏差时，满足：2121DcEEEk fEE （3 3）方位功率谱宽测定法）方位功率谱宽测定法 方位功率谱宽是与多普勒带宽有关的。在方位功率谱宽是与多普勒带宽有关的。在SARSAR信号有足够大的时

30、间带宽积时，可以认为方信号有足够大的时间带宽积时，可以认为方位功率谱宽就是多普勒带宽。位功率谱宽就是多普勒带宽。SARSAR信号的合成孔信号的合成孔径时间径时间T T是确定的，因此可通过测量多普勒带宽是确定的，因此可通过测量多普勒带宽求出多普勒调频率：求出多普勒调频率：/rDfBTSARSAR飞过两个孔径飞过两个孔径211211()()MjjjMjjjEEEEE 将两个子孔径的图像能量进行比较，求出归将两个子孔径的图像能量进行比较，求出归一化能量差：一化能量差： 然后由能量差确定多普勒中心频率：然后由能量差确定多普勒中心频率：( )( )(1)( )( )iiDciiiDcDcDcfk Eff

31、f （5）自聚焦方法）自聚焦方法 自聚焦方法利用多视子图像之间相关峰值自聚焦方法利用多视子图像之间相关峰值位置求得多普勒调频率。位置求得多普勒调频率。 子孔径相关依赖于方位时间或位置与多普子孔径相关依赖于方位时间或位置与多普勒频率之间的锁定关系：勒频率之间的锁定关系：00()()DcrV ffxxV ssf自聚焦方法自聚焦方法点目标的多普勒历程为：点目标的多普勒历程为：( )Dcrf tff t则存在锁定关系：则存在锁定关系：rDcffft自聚焦方法自聚焦方法则存在锁定关系：则存在锁定关系：rDcrDcfffVttVfffVtV)(0若存在两个子孔径，则：若存在两个子孔径，则：tt012fDc

32、fDc2fDc1 对应两个子孔径对应两个子孔径1 1和和2 2，可以获得关于目标，可以获得关于目标A A的两幅的两幅图像，这两幅图像的中心频率分别是图像，这两幅图像的中心频率分别是fDc1和fDc2A利用两个子孔径，则存在：利用两个子孔径，则存在：1101022020()()()()DcrDcrV ffxxV ssfV ffxxV ssf12()DcDcrffsf 对应两幅图像，同一目标在方位向上时间差为：对应两幅图像，同一目标在方位向上时间差为： 如果成像时使用的多普勒调频斜率不等于如果成像时使用的多普勒调频斜率不等于真实的多普勒调频斜率，在补偿之后两幅图像之真实的多普勒调频斜率，在补偿之后

33、两幅图像之间仍会有一定的时间差：间仍会有一定的时间差：1211()()DcDcrrsffffrrrrrDcDcfkffffffs)(21 采用迭代方法求多普勒调频斜率：采用迭代方法求多普勒调频斜率：( )(1)( )( )iriiirrrfksfff 当迭代收敛后，利用直线拟合使：当迭代收敛后，利用直线拟合使：ririrfffs)()1(011 Chirp Scaling成像算法成像算法CS算法的优点算法的优点CS算法流图算法流图CS算法的原理算法的原理11 Chirp Scaling成像算法成像算法成像精度高成像精度高避免避免RD算法中大量的插值运算算法中大量的插值运算解决了二次距离压缩解决

34、了二次距离压缩(SRC)问题问题方位FFT距离FFT距离IFFT方位IFFTSAR原始数据原始数据),(1refrf变换线性调频尺度变换线性调频尺度),(2refrff),(3f距离校正与压缩距离校正与压缩方位聚焦和剩余相位补偿方位聚焦和剩余相位补偿聚焦图像输出聚焦图像输出10.1 Chirp Scaling算法的原理算法的原理变换线性调频尺度原理变换线性调频尺度原理SAR原始信号的描述原始信号的描述变换线性调频尺度算法变换线性调频尺度算法(1) 变换线性调频尺度原理变换线性调频尺度原理*两个线性调频信号的乘积仍然是一个线性调频信号两个线性调频信号的乘积仍然是一个线性调频信号设有两个线性调频信

35、号设有两个线性调频信号：)1()(exp2)1(exp20202002CCjKjCKj)exp()(exp(22201CKjKj则两个线性调频信号的乘积：则两个线性调频信号的乘积：变换线性调频尺度原理变换线性调频尺度原理: 可见两个线性调频信号的乘积仍然是一线性调频信号，可见两个线性调频信号的乘积仍然是一线性调频信号，该调频信号的中心，调频斜率和中心相位分别为该调频信号的中心，调频斜率和中心相位分别为：2000)1()1 (11CCKCKKC(2) SAR原始信号描述原始信号描述 SAR点目标回波信号在距离和方位两维空点目标回波信号在距离和方位两维空间的相位可以表示为：间的相位可以表示为：),

36、(4exp),(2exp2rsRjrsRcKj 上述信号进行方位傅立叶变换可以得到：上述信号进行方位傅立叶变换可以得到：)(2(1 4exp),(2),(exp2/122rVfrjrfRcrfKjfsSAR原始信号描述原始信号描述: 其中：其中：1)(2(11)()(1 ),(2rVffCfCrrfRssf V(r) 飞机运动速度飞机运动速度SAR原始信号描述原始信号描述),(1),(rfKrKrfKs2/3222)(2(1 )(2(2),(rVfrVfcrf(3) 变换线性调频尺度算法变换线性调频尺度算法);(1 2)()()();(exp);,(21rfCrcfffCrfKjrfsrefr

37、efrefsrefsref1. 方位方位FFT变换线性调频尺度所要求的乘数是变换线性调频尺度所要求的乘数是使用相位尺度因子后，所有目标的距离弯曲轨迹相同使用相位尺度因子后，所有目标的距离弯曲轨迹相同：)(2)(fCrrcfsref 方位距离目标原始位置处的距离弯曲曲线2目标原始位置处的距离弯曲曲线1参考位置处的归一化距离弯曲曲线 CS算法的均衡距离弯曲变换线性调频尺度算法变换线性调频尺度算法)(4exp*)(1);(exp);,(22fCrfcjfCrfKfjrffsrefsrefsref2. 距离距离FFT SAR首先进行方位向傅立叶变换，然后进行距离首先进行方位向傅立叶变换，然后进行距离向

38、的傅立叶变换，获得二维频域信号谱。该信号谱沿向的傅立叶变换，获得二维频域信号谱。该信号谱沿距离方向与第二个相位函数相乘，可以完成距离弯曲距离方向与第二个相位函数相乘，可以完成距离弯曲校正、距离压缩和二次距离压缩，第二个相位函数是：校正、距离压缩和二次距离压缩，第二个相位函数是：其中的相位其中的相位用于距离聚焦，包括二次距离压缩用于距离聚焦，包括二次距离压缩其中的相位其中的相位用于距离弯曲校正用于距离弯曲校正变换线性调频尺度算法变换线性调频尺度算法)(1);(exp2fCrfKfjsrefs)(4expfCrfcjsref3. 距离距离IFFT 获得距离图像获得距离图像/多普勒域多普勒域4. 方位匹配滤波与剩余相位补偿方位匹配滤波与剩余相位补偿 方位匹配滤波与剩余相位补偿使用的第方位匹配滤波与剩余相位补偿使用的第3个个相位函数是：相位函数是：变换线性调频尺度算法变换线性调频尺度算法:);() 2/(2(1 1 2exp),(2/ 123rfjcrVfcjf