距離多普勒成像算法分析

1、U.V-ljr：斜臥方向r«»I城ir丁w"-丁三井.%六以4%距離多普勒成像算法分析距離多普勒(Range-Doppler,RD)算法是SAR成像處理中最直觀，最基本的經(jīng)典方法，目前在許多模式的SAR,尤其是正側(cè)視SAR的成像處理中仍然廣為使用，它可以理解為時域相關(guān)算法的演變。一、距離遷移距離遷移是合成孔徑雷達成像中的一個重要問題，產(chǎn)生的原因是SAR載機與照相目標間的相對運動。隨著載機的運動，對地面某一靜止的目標來說，其與雷達載機間的距離不斷變化，如圖1。而雷達將距離量化為距離門，隨著載機運動，同一點目標在雷達接收機中位于不同的距離門，即隨著載機平臺的移動，目標

2、與雷達間的距離變化超過一個距離單元時，目標的回波就分散于相鄰的幾個距離門內(nèi)。xx/XA/Wii.i>aii>.上士.la144：;.J士7Jx/x/wvISTH«51mT1ll-圖1雷達與點目標距離變化、處理方法距離遷移的存在使方位向處理成為一個二維處理，即使回波信號在距離向和方位向上產(chǎn)生耦合。成像處理的基本思想是將二維處理分解為兩個級聯(lián)的一維處理。距離向直接將接受到的回波信號進行脈沖壓縮即可，但在方位向處理，由于距離遷移現(xiàn)象的存在，是同一點目標回波位于不同的距離門內(nèi)，不能直接進行壓縮處理。圖2表示對某點目標回波進行距離壓縮向后，方位向壓縮前的圖像，可以看出不同方位向的信

3、號是按照距離遷移曲線排列的。圖2點目標一維距離向壓縮后圖像為了使方位向也可以進行壓縮處理，距離壓縮后的圖像應(yīng)進行距離遷移校正，將距離壓縮后的信號壓縮為圖3所示。圖4方位向壓縮后圖像以下對距離遷移做理論分析。設(shè)合成孔徑時間中點為t=t。，將雷達與目標的瞬時距離r(t)按泰勒公式展開，取前三項:r：r(t)t0(t-t。)2。1,t0(t-t。)一r(t)2引起的回波相位變化為:(t)=-27：c，t-4二r(t)這個相位稱為多普勒相位。它的一節(jié)導(dǎo)數(shù)為多普勒中心頻率fdc,二階導(dǎo)數(shù)為多普勒調(diào)頻率fdr,故有:r5rt，T)fdr(t-t。)2r(t)與r(t)y的差值是t時刻相對與to時刻相對于t

4、o時刻的距離變化量，也就是距離遷移量。上式右邊的線性項稱為距離走動，二次項稱為距離彎曲，即距離遷移可以分解為距離走動和距離彎曲。三、距離多普勒算法距離多普勒算法(RD算法)的基本思想是根據(jù)上述將二維處理分解為兩個一維處理的級聯(lián)形式，具特點是只考慮相位展開的一次項，將距離壓縮后的數(shù)據(jù)沿方位向作FFT,變換到距離多普勒域，然后完成距離遷移校正和方位向壓縮。算法流程如圖五：(a)Range-Doppler域RCMC(b)Frequency-AzimuthRange域RCMC圖五RD算法流程圖其中RCMC既可以在Range-Doppler域完成，也可以在Frequency-AzimuthRange域完

5、成。RD算法包括三個主要步驟：1、距離向壓縮；2、距離遷移校正；3、方位向壓縮，生成圖像。RD算法通過脈沖壓縮得到了距離向和方位向的高分辨率，它的相關(guān)是將信號和參考函數(shù)轉(zhuǎn)換到頻域完成的，同時進行了距離遷移校正。（一）距離壓縮RD算法的距離壓縮是一個匹配濾波器，對于線性調(diào)頻信號回波，設(shè)點（X1,r1）則有回波r-r1_-：Ri4二.2、工.2e(x,r)=rectexp-j-"Ri)expj-(r-1-RJc.2,c其中Ri=Jr：+x'2一-r1為位置偏差2:，2j-rc匹配濾波器為rh(r)=rectexpc.2得距離向壓縮信號二'4二4二e(x,r)=.sinc(

6、r-r1)exp-jr1exp-j.：R1：r該程序仿真后如圖六:圖六距離向壓縮后圖形(二)距離遷移校正在距離向壓縮后進行經(jīng)菲涅爾近似有：'2,二.4二4二(x-x1)e(x,r)=ksinc(r-r1)exp-jr1exp-jr2rl則調(diào)整后變?yōu)榫€性調(diào)頻信號。由于距離遷移的存在使得同一點的回波分布在不同的距離門內(nèi)，使方位向壓縮成為二維處理，進行距離遷移校正就是使同一點的目標回波信號位于同一個距離門內(nèi)便于處理。由菲涅爾近似后的回波表達式可看出，回波的相位已經(jīng)和距離向無關(guān)，在方位向是線性調(diào)頻的，現(xiàn)只需進行距離單元校正（RCMC）即將回波歷程曲線”掰直”就可進行方位向壓縮，程序是通過Sinc插值來補償RCM的。仿真后如圖七：220020001000160014001200WOO80060040020010020030050CI6007008D0900WOO圖七距離遷移校正后圖形（三）方位向壓縮距離遷移校正后，信號沿方位向的軌跡由曲線變?yōu)橹本€，方位向壓縮成為一維處理，同距離向壓縮，利用匹配濾波