第五讲-RD与CS成像算法

SAR成像理论与Matlab仿真张顺生电子科学技术研究院第五讲RD与CS成像算法‡距离-多普勒(RD)成像算法‡距离徙动‡算法流程‡仿真实验‡线性调频变标(CS)成像算法‡ChirpScaling原理‡算法流程‡仿真实验2013.04.182电子科技大学5.1RD成像算法—距离徙动2013.04.183电子科技大学()22(,)2sinRrrvrvηηηφ=+−0η=在附近作泰勒级数展开，省略三次项以上的高次项得到：成像几何模型根据几何关系，可得点目标与雷达平台瞬时斜距为：2220cossin2vRRvrφφηη≈−+第一项为距离常量，第二项为距离走动，第三项为距离弯曲。.PYOγZX0rrv(,)Rrηφ5.1RD成像算法—距离徙动2013.04.184电子科技大学存在距离弯曲时回波示意图5.1RD成像算法—算法流程2013.04.185电子科技大学()2221exp,reasHjfrfRπ⎛⎞=⎜⎟⎜⎟⎝⎠()212exp/saaMrRHjfffcπ⎛⎞=⎜⎟⎝⎠距离匹配函数：方位匹配函数：距离徙动校正函数：2232expBaMaHjRffvπ⎛⎞=−⎜⎟⎝⎠RD算法流程图5.1RD成像算法—仿真实验2013.04.186电子科技大学雷达平台飞行高度3km工作频段10GHz波束俯仰角45度波束斜视角0度/5度脉冲重复频率(PRF)400Hz速度200m/s发射脉冲宽度10us方位向分辨率1m距离向分辨率1m测绘带宽度500m测绘带长度200m系统仿真参数:5.1RD成像算法—仿真实验2013.04.187电子科技大学正侧视点目标仿真实验结果：RangeDirectionAzimuthDirection5405605806006206406605005506006507005.1RD成像算法—仿真实验2013.04.188电子科技大学4500460047004800490050005100-40-30-20-100RangeDirectionMagnitude(dB)44004600480050005200-40-30-20-100AzimuthDirectionMagnitude(dB)正侧视点目标仿真实验结果：5.1RD成像算法—仿真实验2013.04.189电子科技大学RangedirectionAzimuthdirection200250300350100150200250300350400斜视点目标仿真实验结果：5.1RD成像算法—仿真实验2013.04.1810电子科技大学16001800200022002400-40-30-20-100AzimuthDirectionMagnitude(dB)180019002000210022002300-40-30-20-100RangeDirectionMagnitude(dB)斜视点目标仿真实验结果：5.1RD成像算法—仿真实验2013.04.1811电子科技大学成像结果评估：rangeazimuthPSLRISLRPSLRISLRSide-looking-13.26-9.75-13.25-9.81Squint-looking-13.25-9.86-13.26-9.99PSLR：peaksideloberatioISLR：integratedsideloberatio5.1RD成像算法—小结2013.04.1812电子科技大学RD算法总结:`RD算法是SAR成像的一种快速的频域处理方法；RD算法仿真总结:`RD算法的关键点在于距离徙动校正`RD算法在较小场景的正侧视与小斜视的效果较好`成像性能的分析以及评估是仿真必不可少的步骤5.2CS成像算法—ChirpScaling原理2013.04.1813电子科技大学()(){}20expararsrectjKTτττπττ⎛⎞−=−⎜⎟⎝⎠假设有一个线性调频发射脉冲，解调后的理想点目标接收信号为：脉冲压缩可通过频域滤波器实现，表达式为：()2exprrffHfrectjFKτττπ⎛⎞⎧⎫=⎨⎬⎜⎟⎝⎠⎩⎭若点目标被人为压缩至稍微偏离零频位置的点，则需要考虑以下情况:(1)简单的常量偏移；(2)较为复杂的随距离线性变化的线性偏移。5.2CS成像算法—ChirpScaling原理2013.04.1814电子科技大学随距离线性变化的偏移距离频率时间原始信号变标后信号操作后总带宽scfscf'aτ'bτ'0τ=变标方程()'bττΔ'τ线性调频变标效应5.2CS成像算法—算法流程2013.04.1815电子科技大学CS算法流程图()()()()212,;exp;;refssfreffrjKfrCfRfrcηηηητπτ⎧⎫⎪⎪⎡⎤Φ=−⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎪⎪⎩⎭调频变标函数：距离向处理函数：()()()()22;;exp;14exprefsrefssreffffrjKfrCfjCfrfcττηηηητππ⎧⎫⎪⎪Φ=⎨⎬⎡⎤+⎪⎪⎣⎦⎩⎭⎡⎤×⎢⎥⎣⎦方位向处理函数：()()22322,;exp11;4ffrjcjfrvηηηλπττθλΔ⎡⎤⎛⎞⎢⎥⎜⎟Φ=−−−⎜⎟⎢⎥⎝⎠⎣⎦5.2CS成像算法—仿真实验2013.04.1816电子科技大学雷达平台飞行高度3km工作频段10GHz波束俯仰角45度波束斜视角0度/5度脉冲重复频率(PRF)400Hz速度200m/s发射脉冲宽度10us方位向分辨率1m距离向分辨率1m测绘带宽度500m测绘带长度200m系统仿真参数:5.2CS成像算法—仿真实验2013.04.1817电子科技大学正侧视点目标仿真实验：RangeDirectionAzimuthDirection5506006505506006505.2CS成像算法—仿真实验2013.04.1818电子科技大学4500460047004800490050005100-40-30-20-100RangeDirectionMagnitude(dB)44004600480050005200-40-30-20-100AzimuthDirectionMagnitude(dB)正侧视点目标仿真实验：5.2CS成像算法—仿真实验2013.04.1819电子科技大学RangedirectionAzimuthdirection150200250300350100150200250300350400450斜视点目标仿真实验：5.2CS成像算法—仿真实验2013.04.1820电子科技大学16001800200022002400-35-30-25-20-15-10-5AzimuthDirectionMagnitude(dB)180019002000210022002300-35-30-25-20-15-10-50RangeDirectionMagnitude(dB)斜视点目标仿真实验：5.2CS成像算法—仿真实验2013.04.1821电子科技大学成像结果评估：rangeazimuthPSLRISLRPSLRISLRSide-looking-13.27-9.76-13.25-9.81Squint-looking-13.24-9.84-13.25-9.99PSLR：peaksideloberatioISLR：integratedsideloberatio5.2CS成像算法—小结2013.04.1822电子科技大学CS算法总结:`CS算法也是SAR成像的一种近乎完美的频域处理方法CS算法仿真总结:`CS算法的关键点是确定变标因子，进而完成距离徙动校正`CS算法在一般场景的正侧视与小斜视的效果较好`图像性能评估是检验SAR成像算法性能优劣的重要标准总结2013.04.1823电子科技大学ˆRD&CS算法都是快速SAR的频域处理方法，理论上在较大场景和斜视情况下，后者的处理效果优于前者；ˆ不同的SAR频域成像算法主要区分在于距离徙动校正方法的不同；ˆSAR频域成像算法关键点：距离历史表达式；频域的推导；距离徙动校正方法TheEnd