SAR成像处理处理算法-入门ppt

合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京合成孔径雷达成像算法SARImagingAlgorithm谭维贤中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京内容提纲一、一、SARSAR信号的性质信号的性质二、二、RangeDopplerAlgorithmRangeDopplerAlgorithm三、三、ChirpScalingAlgorithmChirpScalingAlgorithm四、小结四、小结合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京内容提纲一、一、SARSAR信号的性质信号的性质二、二、RangeDopplerAlgorithmRangeDopplerAlgorithm三、三、ChirpScalingAlgorithmChirpScalingAlgorithm四、小结四、小结合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SARSAR信号的性质信号的性质‰SAR距离向信号()rrrectTτωτ⎛⎞=⎜⎟⎝⎠(4.20)()11,20,xrectxothers⎧≤⎪=⎨⎪⎩(2.47)LFM:()(){}20cos2pulrrsfKτωτπτπτ=+(4.21)rKτ0f:距离向脉冲的调频率:距离向时间，以脉冲中心为参考原点:中心频率(载频)0rK0rK,正扫频,负扫频瞬时相位：()202rfKθτπτπτ=+瞬时频率：()()012dffKdτττπτΦ==+脉冲包络：通常近似为矩形合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京‰LFM信号仿真的结果LFM信号的时域波形，幅度频谱与相位频谱SARSAR信号的性质信号的性质合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SARSAR信号的性质信号的性质‰SAR信号的表达式‰接收信号的实数表达式(4.32)点目标pointtarget与雷达的距离为,信号延时,信号幅度距离向脉冲包络,地表散射过程中可能引起的信号相位变化‰解调后的单个点目标的基带信号可以表示成为复数形式(4.39)aR2/aRc0'A()()()()(){}2000'2/'2/cos22/2/rpularaarasAsRcARcfRcKRcττωτπτπτψ=−=−−+−+rωψ()(){}()(){}2000,exp4/exp2/rsAjfRcjKRcτηπηπτη−−∼,τη()Rη分别为距离向时间（快时间），方位向时间（慢时间），下标r表示range(距离向)，下标a表示azimuth（方位向）,雷达与点目标的距离随着方位向时间发生变化。合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京‰点目标仿真的结果点目标回波信号的二维图形SARSAR信号的性质信号的性质合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SARSAR信号的性质信号的性质‰双曲线模型：‰对双曲线距离等式进行抛物线近似()22220rRRVηη=+(4.9)()222220002rrVRRVRRηηη=+≈+(5.1)合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SAR信号性质‰点目标仿真:回波信号幅度灰度图距离向方位向零斜视角(zerosquint)情况下单个点目标的时域性质：幅度合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SAR信号性质点目标回波信号的相位（正扫频，双曲线）距离向方位向零斜视角(zerosquint)情况下单个点目标的时域性质：相位正扫频：双曲线，upchirp,hyperbolae‰点目标仿真:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SAR信号性质点目标回波信号的相位（负扫频，椭圆）距离向方位向零斜视角(zerosquint)情况下单个点目标的时域性质：相位负扫频：椭圆，downchirp,ellipse‰点目标仿真:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SAR信号性质‰驻定相位原理：P48LFM信号的积分解。对于时域快变的信号，除了导数为零的区域之外，其余对于时域快变的信号，除了导数为零的区域之外，其余区域的正负面积几乎可以抵消，积分的结果近似为零。函数区域的正负面积几乎可以抵消，积分的结果近似为零。函数的积分值主要由导数为零的点及其附近区域对应的函数曲线的积分值主要由导数为零的点及其附近区域对应的函数曲线决定，导数为零的点称为驻定相位点。决定，导数为零的点称为驻定相位点。()()()()()()()()222222expexpexp22,220,2exptstrectjKttSfrectjKtjftdtdtKtftKtfdtffKttKffffftKfKKKKffSfrectjKTKπτππτθθππππθθππππ∞−∞⎛⎞=−⎜⎟⎝⎠⎛⎞=−−⎜⎟⎝⎠=−−=−−=⇒=−=−⎛⎞⎛⎞⎛⎞==−=−−−−=⎜⎟⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎝⎠⎛⎞⎛⎞⇒=⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠∫()()()()()2222exp,412,21exp4sffSfCrectjCKKttKtfttKCKffSfrectjKKKπππτθθππθπππτ⎡⎤⎛⎞⎛⎞=⋅±=⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦=−−=−⇒=⎡⎤⎛⎞⎛⎞=⋅±⎢⎥⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠⎣⎦考虑到常数与相位考虑到常数与相位合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京距离与方位之间的交叉耦合。为了得到方位向傅立叶变换后的精确信号解析形式，需要首先了解目标的二维频域信号，因此，需要进行：1.距离向傅立叶变换2.方位向傅立叶变换‰一般情况下的信号频谱:SAR信号性质()22220rRRVηη=+()(){}()(){}2000,exp4/exp2/rsAjfRcjKRcτηπηπτη−−∼合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京处理时间：40小时,,,ffτητη距离向时间，方位向时间，距离向频率，方位向频率()()()()()()()()()()()()()()0020200,,exp2422222204,expexprrrracrSfsjfdfRRKfccdRRfKfdccKffRfSfWfjjcKτττττττττητηπττπηηθτπτπτθτηηπτπττπηπηωηη∞−∞=−⎡⎤=−+−−⎢⎥⎣⎦⎡⎤=−−=⇒=+⎢⎥⎣⎦+⎛⎞⎛⎞≈−−−⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠∫其中()()/rrrWffKττω=是距离频谱的包络。距离向傅立叶变换,利用POSP,(5.14)~(5.18)SAR信号性质‰一般情况下的信号频谱:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京()()()()()()()()()()()()()()202011222222222200122220220022222200,,exp242,1,224220dfrrrrrrrrrrSffSfjfdffRffcKdRVRRVRVVdRVdffVffVffdcRVcRVτητηττηττηηηπηηπηπθηπηηηηηηηηηθηπηηπηηη∞−∞−=−+=−−−=+=+⋅=+++=−−=⇒=−++∫两边移项开方得到()()02220220214rrcRfcfffVVffηηττη=−+−+(5.23)方位向傅立叶变换,利用POSP,(5.19)~(5.22)SAR信号性质‰一般情况下的信号频谱:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京联立(4.9)与(5.23)式得到：()()()()()()()()2222022222222200002220022222222222004022002222044441414rrrrrrrrRRVcRfcRfRffVRVRffVcfffVcfcfffVVffRRcfVffηηττητηηττητηηη=+⋅+=+⋅=+=⎡⎤+−+−+−⎢⎥+⎢⎥⎣⎦⇒=−+(5.23)代换(5.20)的昀后一个η()()()()()()()222220000022222202022220044,141144arrrrrrcRfcfRffRffffffKcKVffcfcfcffVVffVffηητττττητηητττπππππθ++=−+−=−−−+−+−++二维频域中徙动因子(5.27),(5.28)()()()222222220,,114rdfrrcfVDffVRVffητητηη=−=−+SAR信号性质方位向傅立叶变换后‰一般情况下的信号频谱:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SAR信号性质()()()22202204,14narrcfRfffffcKVffητττητππθ+=−−−+2DFrequencySignalAfterMatchedFilteringRangeFrequencySamplingAzimuthFrequencySampling2040608010012014016018020022020406080100120140160180200()()()2202204,14narcfRffffcVffηττητπθ+=−−+2DFrequencySignalAfterMatchedFilteringRangeFrequencySamplingAzimuthFrequencySampling2040608010012014016018020022020406080100120140160180200‰一般情况下的信号频谱:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SAR信号性质2DFrequencySignalAfterMatchedFilteringRangeFrequencySamplingAzimuthFrequencySampling2040608010012014016018020022020406080100120140160180200()()()2202204,14narcfRffffcVffηττητπθ+=−−+2DFrequencyDomainofAfterStoltMappingRangeFrequencySamplingAzimuthFrequencySampling2040608010012014016018020022020406080100120140160180200()()0,0anxffRRffτηηθ=−−+STOLT‰一般情况下的信号频谱:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SAR信号性质2DFrequencyDomainofAfterStoltMappingRangeFrequencySamplingAzimuthFrequencySampling2040608010012014016018020022020406080100120140160180200()()0,0anxffRRffτηηθ=−−+3dBContouroftheExpandedCompressedSignalAfterStoltMappingRangeTimeSamlping5506006507007508008509009506006507007508008509009501000()()~sincsincnnRRyyαβ−−⎡⎤⎡⎤⎣⎦⎣⎦‰一般情况下的信号频谱:合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京SARSAR信号的性质信号的性质()222220002rrVRRVRRηηη=+≈+(5.1)把(5.1)代入)(4.39)得到(5.2):()()()(){}{}()(){}002002,2/exp4/expexp2/racarsARcjfRcjKjKRcτηωτηωηηππηπτη=−−×−−×−方位向调频率：2200022rraVfVKRcRλ==‰双曲线模型：‰对双曲线距离等式进行抛物线近似()22220rRRVηη=+(4.9)合成孔径雷达成像算法2009.10.14北京上式为（5.4）,(5.5)是方位向时间频率与方位向调频率的关系类似可以得到多普勒中心频率和多普勒中心时间为(5.6),(5.7)‰直接应用POSP于(5.2)式得到距离多普勒域的频谱SAR信号性质()()()()()(){}{}()(){}()(){}()()()(){}(){}00002200022,,e