合成孔径雷达点目标成像仿真

1、PAGE Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日 学位论文版版权使用用授权书书本学位论文文作者完完全了解解学校有有关保障障、使用用学位论论文的规规定，同同意学校校保留并并向有关关学位论论文管理理部门或或机构送送交论文文的复印印件和电电子版，允允许论文

2、文被查阅阅和借阅阅。本人人授权省省级优秀秀学士学学位论文文评选机机构将本本学位论论文的全全部或部部分内容容编入有有关数据据库进行行检索，可可以采用用影印、缩缩印或扫扫描等复复制手段段保存和和汇编本本学位论论文。本学位论文文属于1、保密 ，在_年年解密后后适用本本授权书书。2、不保密密 。（请在以上上相应方方框内打打“”）作者签名： 年年 月月 日日导师签名： 年 月 日 目 录录TOC o 1-3 h z u摘要（ PAGEREF _Toc321598855 h 11）关键词（ PAGEREF _Toc321598856 h 1）一、绪论（ PAGEREF _Toc321598857 h 1）

3、1.1 引引言（ PAGEREF _Toc321598858 h 1）1.2 研研究目的的和意义义（2）1.3发展展历史及及学术动动态( PAGEREF _Toc321598861 h 2）二、SARR的应用用( PAGEREF _Toc321598861 h 2）2.1 引引言( PAGEREF _Toc321598861 h 2）2.2 合合成孔径径雷达在在军事领领域的应应用(3）2.2.11 战略略应用(3）2.2.22 战术术应用(3）2.2.33 特别别应用(3）2.3 合合成孔径径雷达在在民用领领域的应应用(3）2.3.11 在地地形测绘绘和制图图方面(3）2.3.22 在海洋洋应

4、用方方面(3）2.3.33 在水水资源应应用方面面(3）三、合成孔孔径雷达达成像的的原理(3）3.1 成成像特点点(3）3.2 成成像原理理（4）3.3 成成像流程程图（4）3.4 SSAR成成像理论论模型（5）四、SARR成像算算（5）4.1 引引言（5）4.2 距距离多普勒勒算法（RD）（5）4.2.11 信号号模型及及分析（6）4.2.22 距离离压缩（7）4.2.33 距离离移动校校正（7）4.2.44 方位位向压缩缩（9）4.3 CCS算法法（9）4.3.11 算法法特点简简介（10）4.3.22 SAAR 斜斜视回波波模型（100） SSAR 斜视回回波几何何模型（

5、100） 距离移移动分析析（111）4.3.33 改进的的CS算算法（111）五、算法的的Mattlabb仿真（111）5.1 RRD算法法（111）5.1.11 仿真真参数（111）5.1.22 仿真真结果（12）5.1.33仿真结结果说明明（133）5.2 CCS算法法（133）5.2.11 仿真真参数（14）5.2.22 仿真真结果（15）5.2.33 仿真真性能分分析（16）六、成像算算法对分分辨率的的影响（17）6.1 多多普勒中中心频率率误差（17）6.2 多多普勒调调频误差差（166）6.3 改改进型算算法的多多普勒参参数估计计与设定定（177）七、总结（18）致

6、谢（118）参考文献（18）附录（220）合成孔径雷雷达点目目标成像像仿真学 生：宋宋家明指导老师：黄 瑶三峡大学 理学院院摘要：本文文主要介介绍合成成孔径雷雷达（SSAR）点点目标成成像的相相关知识识，简要要介绍了了SARR在军事事和民事事中的运运用，阐阐述了其其成像原原理及特特点。为为了说明明SARR成像原原理，运运用了RRD和CCS两种种算法。在在介绍RRD算法法时，建建立了信信号模型型，并从从距离压压缩、距距离移动动校正和和方位向向压缩三三个方面面进行了了说明，并并给出了了改进型型RD算算法的流流程图和和相关方方法；介介绍CSS算法时时，建立立了斜视视回波信信号模型型，对成成像移动动距

7、离进进行了分分析，并并给出了了改进型型CS算算法的方方法步骤骤。接着着对两种种成像算算法进行行了参数数设定并并进行了了仿真，最最后从多多普勒中中心频率率误差和和调频误误差两个个方面分分析了成成像方法法对分辨辨率的影影响，并并给出了了改进型型算法的的多普勒勒参数估估计与设设定的方方法。Abstrractt：Thiis ppapeer ddesccribbes thee syynthhetiic aaperrturre rradaar (SARR) ppoinnt ttargget imaaginng kknowwleddge, brrieffly inttrodducees tthe usee

8、off SAAR iin tthe millitaary andd ciivilliann, aand desscriibess itts iimaggingg prrincciplles andd chharaacteerissticcs. To illlusttratte tthe priinciiplee off SAAR iimaggingg, II usse tthe RD andd CSS twwo aalgooritthmss. WWhenn inntrooduccingg thhe RRD aalgooritthm, I esttabllishh thhe ssignnal m

9、oddel, annd ddesccribbe iit ffromm thhreee asspeccts, suuch as thee diistaancee off coomprresssionn, tthe mobbilee caalibbrattionn annd oorieentaatioon ,andd giive thee fllowccharrt oof tthe moddifiied RD alggoriithmm annd rrelaatedd meethoods; Too inntrooducce tthe CS alggoriithmm, II esstabblissh

10、tthe strrabiismuus eechoo siignaal mmodeel, anaalyssis thee immagee off moovinng ddisttancce, andd giive thee meethood sstepps oof tthe impprovved CS alggoriithmm, tthenn seet tthe twoo immagiing alggoriithmms pparaametter andd siimullatee thhem, annd ffinaallyy aanallysiis oof tthe imaaginng rresoo

11、luttionn frrom twoo asspeccts of Dopppleer ccentter freequeencyy errrorr annd ffreqquenncy moddulaatioon eerroor, andd giive impprovved alggoriithmm Dhhoopp Lee paarammeteer eestiimattionn annd ssetttingg meethoods.关键词：SSAR 距离压压缩 距距离移动动 回波波信号 多普勒勒参数Key wwordds：SARR thee diistaancee off coomprresssio

12、nn thee diistaancee thhe mmobiile corrrecctioon eechoo siignaal mmodeel Dopppleer pparaametter一、绪论1.1 引引言合成孔径雷雷达（SSAR）是是利用雷雷达与目目标的相相对运动动把尺寸寸较小的的真实天天线孔径径用数据据处理的的方法合合成一较较大的等等效天线线孔径的的雷达。SSAR的的特点是是分辨率率高，能能全天候候工作，能能有效地地识别伪伪装和穿穿透掩盖盖物。SSAR主主要用于于航空测测量、航航空遥感感、卫星星海洋观观测、航航天侦察察、图像像匹配制制导等。它它能发现现隐蔽和和伪装的的目标，如如识别伪伪

13、装的导导弹地下下发射井井、识别别云雾笼笼罩地区区的地面面目标等等。成像像算法是是SARR系统的的重要组组成部分分，决定定了成像像质量。经经典的成成像算法法有RDD算法和和CS算算法，这这两种算算法都涉涉及到了了对信号号处理知知识的综综合运用用。 1.2 研研究目的的和意义义合成孔径雷雷达可以以大大提提高雷达达的信息息获取能能力，这这种能力力对现代代侦察任任务是至至关重要要的，随随着合成成孔径雷雷达技术术的不断断发展，它它日益广广泛运用用于军事事目的，作为一种重要的军用侦察设备，合成孔径雷达必然处于电子战的环境中。随着现代电电子战不不断升级级，电子子干扰、反反辐射导导弹、隐隐形武器器和超低低空突

14、防防成为常常规单基基地雷达达的“四大威威胁”。面对对“四大威威胁”，常规规合成孔孔径雷达达与常规规的单基基地雷达达一样，不不仅正常常工作受受阻，而而且其自自身的生生存也成成为需要要解决的的问题。为为了提高高合成孔孔径雷达达自身的的生存能能力，必必须研究究新型体体制的合合成孔径径雷达系系统。合合成孔径径雷达系系统由于于发射机机和接收收机分置置在不同同位置的的平台上上，因此此具有有有效的抗抗干扰能能力和抗抗打击能能力。此此外SAAR系统统还具有有合成孔孔径雷达达的高分分辨率特特性，它它将是合合成孔径径雷达系系统的发发展方向向之一。1.3 发发展历史史及学术术动态雷达仿真在在其早期期阶段，限限于处理

15、理器的计计算能力力，只能能仿真计计算一些些简单的的参数。随随着处理理器的不不断发展展，开始始出现比比较复杂杂的仿真真系统。早早在上世世纪七十十年代，Hotelman就研究了雷达成像的仿真工作。涉及SAR技术的研究最早出现在二十世纪七十年代末，1977年，美国Xonics公司的仿真研究表明，在双基地模式下可以实现动目标显示(MTI)和合成孔径成像;1979年，Goodyear公司和Xonies公司与美国空军签订合同，正式实施“战术双站雷达验证 (TBIRD)计划。随后，在八十年代，有很多学者研究了SAR图像的仿真书;1992年，Giorgio对以往成果进行了总结，并给出了一种更新的SAR原始回波

16、仿真算法，随后，Giorgio又给出了关于自然表层，海洋上油层的SAR图像仿真。关于雷达的一些普通参数的仿真和估计，Barton写出过专著对其论述。二、SARR的应用用2.1 引引言合成孔径雷雷达（SSAR）是是近五十十年代发发展起来来的一种种新型成成像雷达达，是现现代雷达达领域的的一项重重大成就就，它是是利用合合成孔径径原理、脉脉冲压缩缩技术，以以真实的的小孔径径天线获获得距离离向和方方位向高高分辨遥遥感图像像的雷达达系统。合合成孔径径雷达的的出现扩扩展了雷雷达的原原始概念念，使雷雷达的基基本功能能发生了了质的变变化。合合成孔径径雷达具具有对区区域目标标进行成成像和识识别的能能力，它它在微波

17、波遥感应应用方面面给表现现出越来来越大的的潜力，为为人们提提供越来来越多的的信息，扩扩展了人人类观察察自然界界和生存存环境的的能力。合合成孔径径雷达具具有全天天候、全全天时、强强投射性性、远距距离和高高分辨的的特点，在在军事和和民用领领域都有有非常重重要的实实用价值值，对国国防技术术现代化化、国民民经济建建设和科科技发展展具有重重大的意意义。因因此合成成孔径雷雷达成像像技术越越来越受受到国际际上现金金技术国国家的重重视，是是竞争激激烈、发发展迅速速的技术术领域。2.2 合合成孔径径雷达在在军事领领域的应应用2.2.11 战略略应用全天天候全球球战略侦侦察，全全天候海海洋军事事动态监监视。2.2

18、.22 战术术应用全天天候重点点战区军军事动态态监视，大大型飞机机群、坦坦克、机机场和停停机坪的的成像监监视，反反坦克雷雷达的监监测。2.2.33 特别别应用强杂杂波背景景下的目目标识别别，低空空与超低低空目标标的探测测与跟踪踪，精密密测量与与测高，隐隐藏目标标散射特特性的静静态和动动态测量量。2.3 合合成孔径径雷达在在民用领领域的应应用 2.3.11 在地地形测绘绘和制图图方面，合合成孔径径雷达可可以进行行大面积积的地形形测绘，测测定山脉脉、河流流、城市市、乡村村、道路路、桥梁梁等地面面目标的的形成和和位置，研研究城市市变迁、道道路变迁迁、湖泊泊分布及及变迁、了了解道路路的运输输状况等等。

19、2.3.22 在海海洋应用用方面，合合成孔径径雷达可可以用来来研究大大面积海海浪特性性，研究究冰山分分布，测测绘海洋洋图，还还可以用用来研究究海洋变变迁、海海洋污染染情况、监监视海藻藻生长等等。2.3.33 在水水资源应应用方面面，合成成孔径雷雷达可以以用来大大面积测测定土壤壤温度及及其分布布，确定定大面积积降雨，研研究湖泊泊冰覆盖盖、地面面冰覆盖盖情况等等，还可可以用来来研究水水源大面面积污染染情况，测测定污染染区，判判定污染染严重程程度等。三、合成孔孔径雷达达成像的的原理3.1 成成像特点点合成孔径雷雷达（SSAR）的的工作方方式是雷雷达装载载于飞机机或卫星星上，对对地面的的静止目目标进行

20、行成像。一一般雷达达是沿着着直线匀匀速运动动，随着着雷达的的运动，其其波束照照射到侧侧方的一一带型区区域并对对该区域域进行成成像。由由于装载载雷达的的飞机或或卫星是是按预定定航线飞飞行，其其航线的的运动参参数可以以通过导导航系统统比较精精确地获获得，因因此可以以利用这这些参数数对回波波数据进进行相干干处理，从从而获得得目标的的图像。SAR的特特点是分分辨率高高，能全全天候工工作，能能有效地地识别伪伪装和穿穿透掩盖盖物。SSAR主主要用于于航空测测量、航航空遥感感、卫星星海洋观观测、航航天侦察察、图像像匹配制制导等。它它能发现现隐蔽和和伪装的的目标，如如识别伪伪装的导导弹地下下发射井井、识别别云

21、雾笼笼罩地区区的地面面目标等等。3.2 成成像原理理SAR和常常规雷达达一样，都都是利用用目标反反射的电电磁波对对目标进进行探测测，之所所以能产产生高的的分辨率率，要归归功于线线性调频频信号，这这种信号号在压缩缩处理后后可以产产生很高高的分辨辨力。距距离向的的线性调调频信号号是雷达达发射脉脉冲前就就产生的的，这和和常规雷雷达没有有不同之之处，而而方位向向的线性性调频信信号则是是SARR独有的的。SAAR在飞飞过目标标时，飞飞机和目目标之间间的相对对速度是是变化的的，所以以目标回回波的多多普勒频频移也是是变化的的，如此此就产生生了一个个近似线线性调频频的信号号，利用用这个信信号SAAR就可可以产

22、生生很高的的方位向向的分辨辨力。合成孔径雷雷达是一一种二维维高分辨辨雷达，其其成像机机理可由由雷达分分辨理论论加以解解释，其其距离向向的高分分辨率是是通过雷雷达发射射宽频带带信号进进行距离离向匹配配滤波器器获得的的，方位位向的高高分辨率率是通过过对散射射点与雷雷达的相相对运动动所产生生的多普普勒信号号进行匹匹配处理理获得的的，在静静止目标标的SAAR图像像上，动动目标在在方位上上将偏离离原来的的位置，动动目标图图像散焦焦，分辨辨率下降降，图像像峰度下下降。如如果要得得到方位位上聚焦的的高分辨辨率动目目标SAAR图像像，就必必须对动动目标重重新聚焦焦成像。3.3 成成像流程程图动目标成像像流程圈

23、圈图如图图3.33所示回波回波信号距离向压缩、转置杂波抑制动目标检测运动参数估计距离移动校正动目标成像多普勒参数估计图3.3 动目目标成像像流程图图回波信号经经过距离离向压缩缩、转置置后，需需要进行行杂波抑抑制以改改善信噪噪比(SNR)，然后后对杂波波抑制后后的数据据进行动动目标检检测，检检测到目目标后就就可以估估计目标标的运动动参数，运运动参数数包括目目标的速速度和位位置。在在动目标标成像时时不能用用静止目目标的多多普勒参参数，必必须重新新估计动动目标多多普勒参参数。多多普勒参参数与动动目标自自身的运运动参数数密切相相关，每每一个动动目标的的运动参参数不同同，其多多普勒参参数也不不同，二二者

24、互相相依赖，所所以运动动参数估估计和多多普勒参参数估计计必须同同时完成成。在多多数情况况下，检检测和参参数估计计也是同同时完成成的，比比如在图图像域检检测时，要要想可靠靠地检测目目标就要要求尽可可能使用用与动目目标匹配配的匹配配滤波器器来完成成压缩处处理，以以改善信信噪比，但但是匹配配滤波器器的设计计又需要要知道多多普勒参参数，所所以检测测和参数数估计应应该同时时进行。估估计出目目标的运运动参数数以后，需需要对杂杂波抑制制后的动动目标数数据进行行距离移移动较正正，距离离移动校校正可以以在频域域内完成成，或者者通过降降低距离离向分辨辨率、减减少相对对积累时时间来降降低距离离移动效效应。距距离移动

25、动校正后后，并且且已经估估计了动动目标的的多普勒勒中心频频率和调调制频率，就就可以对对动目标标进行聚聚焦成像像。3.4 SSAR成成像理论论模型雷达系统的的复杂性性与日剧剧增，单单处理器器软件仿仿真系统统只能够够对雷达达系统的的一些简简单参数数和指标标作有限限的仿真真。运动动目标检检测和成成像是SSAR要要完成的的基本功功能和难难点之一一，如何何高效的的检测出出道动目目标、确确定目标标运动速速度及其其位置并并对这些些动目标标进行成成像是SSAR运运动目标标检测和和成像的的主要任任务。SSAR的的基本功功能是获获得地域域图像，尽尽可能逼逼真的再再现辐射射地域特特征，其其成像理理论模型型如图33.

26、4所所示图3.4 二维两两络SAAR理论论模型图图 模型型中表示示地域对对微波的的后向散散射系数数，是经经过信号号处理后后的雷达达图像，代表SSAR冲冲激响应应，是一一个二维维网络系系统。当当为脉冲冲函数(函数)时，雷雷达成像像就是地地域散射射系数的的正确复复现，因因此要求求SARR的系统统响应尽尽可能的的接近函函数。四、SARR成像算算4.1 引引言1948年年，美国国数学家家香农发发表了“通信的的数学理理论”一文，创创立了信信息论。119533年伍德德沃首先先将概率率论和信信息论引引进雷达达领域，随随即建立立了匹配配滤波器器理论，在在匹配滤滤波器理理论的基基础上研研究雷达达目标成成像问题题

27、，从而而建立了了完整的的模糊函函数理论论。合成成孔径雷雷达成像像的基础础在于提提高雷达达的二维维分辨率率，其成成像处理理过程在在本质上上是二维维匹配滤滤波器问问题，二二维匹配配滤波在在一定调调件下可可以分解解成两个个一维过过程（距距离向和和方位向向）进行行。信号号的距离离向压缩缩不难实实现，但但方位向向多普勒勒信号的的压缩不不易实现现，因此此同一目目标回波波的包络络位置随随雷达的的视角变变化，称称为距离离移动现现象。距距离移动动问题是是合成孔孔径雷达达成像要要解决的的主要问问题，因因此可以以说“运动是是雷达成成像的依依据，也也是产生生问题的的根源”。下面面介绍合合成孔径径雷达成成像的算算法。4

28、.2 距距离多普勒勒算法（RRD）距离多多普勒算算法（RRD）是是将距离离压缩后后的数据据变换到到距离多普普勒域，相相同距离离上的点点目标回回波重合合在一起起，由于于距离移移动量相相同，可可以同时时进行距距离移动动校正从从而完成成成像。距距离多普勒勒(RDD)算法法是SAAR数字字成像中中最基本本的算法法。该算算法以匹匹配滤波波或脉冲冲理论为为基础，将将SARR的距离离和方位位二维成成像处理理近似为为距离和和方位可可分离的的两个一一维处理理，其基基本步骤骤是先对对每个回回波脉冲冲进行距距离向压压缩，然然后在RRD域中中，消除除由于距距离移动所引引起的距距离和方方位之间间的耦合合，最后后完成方方

29、位向的的聚焦处处理。RD算法是是SARR成像广广泛使用用的方法法，它利利用雷达达目标的的回波信信号可近近似看成成在方位位向和距距离向独独立的线线性调频频信号的的原理，在在距离向向和方位位向分别别进行匹匹配滤波波的方法法最终得得到SAAR的图图像数据据。由于于目标在在合成孔孔径过程程中与雷雷达平台台的相对对位置不不断变化化，使得得同一目目标不同同照射时时刻的回回波映射射到不同同的距离离门上，导导致同一一目标的的轨迹落落在接收收数据矩矩阵的不不同行上上。在做做方位向向压缩时时要求把把同一目目标的位位于不同同距离门门上的回回波搬移移到同一一距离门门上，这这一搬移移过程一一般是在在方位向向FFTT之后

30、进进行的，此此时同一一距离门门的目标标将在频频域上重重合，可可以大大大减少搬搬移次数数。在处处理的过过程中，由由于数据据矩阵是是由离散散的点来来反映回回波的信信息，而而目标的的轨迹不不一定都都正好落落在矩阵阵的采样样点上，这这使得在在搬移的的过程中中需要插插值。在在分辨率率较高的的SARR中，此此时将大大大地增增加算法法的运算算量。SSAR信信号处理理主要包包括距离离向压缩缩处理，距距离移动动校正，方方位向压压缩处理理。4.2.11 信号号模型及及分析使雷达收集集信号的的几何平平面模型型,如图图4.22.1所所示图4.2.1 雷雷达收集集信号的的平面模模型图其中为斜视视角，为为点目标标到飞行行

31、航线的的垂直离离，为方方位时间间，为雷雷达与目目标的斜斜距，点点为合成成孔径波波束中心心，它在在轴的位位置(即即在时刻刻)，距距点目标标的距离离为，则则有公式 四 （1）在时刻附近近对上式式作泰勒勒级数展展开，省省略三次次以上的的高次项项，得 公式式 四 （2） 其中 和和 分别别表示多多普勒中中心频率率和调制制频率，为中心心频率对对应的波波长。不不同方位位上的距距离移动动为： 公公式 四四 （3）距离移动包包括两部部分：(3式)中的第第一项为为方位时时间的线线性项，称称为距离离走动，当当合成孔孔径雷达达不是工工作在正正侧视的的时候就就会产生生距离走走动。第第二项为为方位时时间的二二次项称称为

32、距离离弯曲，主主要由合合成孔径径上目标标斜距差差造成的的。在正正侧视情情况下，多多普勒中中心频率率凡为零零。如果果斜视角角较小，波波束指向向在正侧侧视附近近，即凡凡很小，这这时距离离走动很很小。如如果斜视视角较大大，波束束指向偏偏离正侧侧视一定定角度，即即较大，这这时距离离走动较较大。4.2.22 距离压压缩设雷达发射射信号的的复包络络为，是发射射线性调调频(LLFM)信号的的调频率率，其接接收的点点目标回回波的基基频信号号在距离离时间一一方位时间间域(域)可写为为公式式 四 （4）其中为目标标后向散散射系数数，为方方位向天天线加权权函数。经经距离压压缩后的的信号形形式为：公式 四 （5）式中

33、距离向向信号带带宽。经经距离压压缩后的的点目标标信号在在距离方方向上的的散布已已被压缩缩，由于于式中函函数的存存在，使使得距离离压缩后后信号波波形的轨轨迹不是是沿着平平行与图图l的xx轴方向向，而发发生了曲曲线偏离离，这就就是距离离偏移现象。这这是由于于在合成成孔径时时间内，目目标与雷雷达的距距离变换换量通常常大于一一个距离离分辨单单元，从从而使得得同一目目标的回回波走出出若干分分辨单元元，使得得方位向向压缩成成为二维维处理，距距离移动的存存在增加加了方位位处理的的复杂性性。因此此，在进进行压缩缩处理之之前必须须先作距距离移动动校正。4.2.33 距离离移动校校正距离向信号号是典型型的Chhi

34、rpp信号，相相关算法法是在频频域利用用FFTT进行的的。公式式如下：公式 四 （6）下标r表示示公式为为距离向向（逆）傅傅里叶变变换，和和分别是是Chiirp信信号的调调频斜率率和脉冲冲持续时时间，表示距距离压缩缩参考函函数。距距离迁移移是SAAR信号号处理中中必然出出现的现现象，它它的大小小随系统统参数不不同而变变化，并并不总需需要补偿偿。点目目标仿真真时，暂暂时先不不考虑。正正侧视点点目标情情况下，回回波经距距离压缩缩后在方方位上也也是一CChirrp信号号，因此此其压缩缩处理同同距离压压缩处理理类似，只只是压缩缩因子不不同。公公式如下下：公式 四 （7）下标a表示示公式为为方位上上（逆

35、）傅傅里叶变变换， 表示方方位压缩缩参考函函数。在合成孔径径时间内内都会发发生距离离移动现现象，下下面分析析动目标标的距离离移动效效应，在在分析中中不考虑虑地球自自转。距距离移动动问题可可以从时时域分析析，假设设目标以以恒定的的速度运运行，即即，目标标运动轨轨迹可以以表示为为：公公式 四四 （8）其中、分别表表示总位位移，初初始状态态位移，初初始状态态水平、竖竖直位移移，水平平竖直速速度和目目标运动动时间。合成孔径时时间内的的最大距距离移动动量为： 公式式 四 （9）假设时刻，目目标位于于方位上上波束中中心，即即，对于于速度慢慢的目标标而言，大大距离移移动量可可以近似似为：，其其中第一一项是由

36、由于载机机运动引引起的距距离运动动量，无无论是静静止目标标还是运运动目标标都存在在；第二二项是由由于目标标距离向向运动引引起的距距离移动动量。假假设距离离分辨率率为，则则距离运运动单元元数为，将将上式带带入可得得 公公式 四四 （100）经过上述分分析可见见，距离离移动与与距离向向分辨率率有关，距距离向分分辨率越越高，移移动单元元数越夫夫。距离离移动还还与合成成孔径时时间有关关，合成成孔径时时间长，距距离移动动大，合合成孔径径时间短短，则距距离移动动小。距距离移动动还与目目标运动动有关，距距离向速速度较大大的目标标会引起起严重的的距离单单元移位位现象，目目标速度度不同，距距离移动动曲线也也不同

37、。为为了降低低距离移移动量，可可以通过过降低距距离分辨辨率或者者减少积积累时间间来实现现。通过过平滑高高分辨率率距离向向数据或或者部分分数据脉脉冲压缩缩的方法法，可以以降低距距离向分分辨率，进进而减少少或消除除距离移移动。这这样做还还有一个个好处是是降低了了数据率率，降低低了对转转置存储储器的容容量要求求，并且且使方位位向压缩缩时的运运算量大大大的减减少。减减少积累累时间同同样可以以减少距距离移动动，但同同时也降降低了方方位分辨辨率。当当距离移移动量满满足距离离移动可可以忽略略不计。4.2.44 方位位向压缩缩完成距离移移动校正正标志着着方位信信号轨迹迹由曲线线变换成成直线，因因此，方方位压缩

38、缩处理将将是一维处理理过程。又又因为距距离走动动补偿中中已补偿偿为零了了，所以以使用的的方位参参考函数数为： 公公式 四四 （111）和距离压缩缩一样，方方位向压压缩也在在多普勒勒域进行行。这样样，经过过图4.22.1 雷达收收集信号号的平面面模型图图距离压压缩，距距离移动校正正和方位位压缩处处理之后后，就可可以输出出SARR图像了了。算法法的具体体实现步步骤的流流程图如如下所示示图4.2.4 RRD算法法和RDD改进算算法流程程图4.3 CCS算法法4.3.11 算法特特点简介介20世纪990年代代初，RRaneey等人人提出了了不用插插值的CCS算法法，它利利用CSS操作消消除距离离移动的

39、的空间变变化特性性，然后后利用平平移对所所有散射射点剩余余的距离离移动进进行统一一校正。CCS算法法的缺点点是CSS操作系系统引起起回拨信信号包络络发生变变化，影影响对散散射点的的聚焦，在在大斜视视角时会会使算法法失效，改改进的非非线性CCS（NNCS）算算法使得得SARR处理大大视角数数据的能能力大大大提高。CCS算法法本质是是一种变变换坐标标算法，119988年德国国的Miitteermaayerr等人结结合CSS算法，提提出频率率变化（FFreqquenncy Scaalinng）算算法，119955年Laanarri等人人提出对对任意信信号形式式成立的的傅里叶叶变换法法（ISSCFTT

40、），对对SARR成像算算法的研研究仍在在持续的的进行着着。针对大斜视视SARR 回波波信号的的特点，将将传统的的CS 算法进进行改进进，将距距离移动的校校正在时时域和频频域中分分别进行行，首先先在时域域校正距距离走动动，然后后在频域域校正距距离弯曲曲。经过过时域去去走动处处理后，距距离向和和方位向向的耦合合大大降降低，不不仅可适适应大斜斜视角的的成像要要求，而而且测绘绘带宽度度也会增增大。由由于时域域去走动动处理会会引起方方位向存存在聚焦焦深度，分分析和仿仿真了影影响聚焦焦深度的的因素。仿仿真结果果表明，该该算法具具有较高高的精度度，可满满足大斜斜视角和和较大测测绘带宽宽度成像像要求。4.3.

41、22 SARR 斜视视回波模模型 斜斜视SAAR 回回波几何何模型SAR回波波模型是是算法仿仿真的基基础，在在回波模模型基础础上可通通过计算算机仿真真构建成成像场景景的模型型。回波波数据的的仿真可可分为正正向法和和逆向法法，正向向法是逐逐个发射射脉冲计计算SAAR 回回波，其其优点是是可以保保证仿真真逼真度度，缺点点是计算算效率低低。斜视视SARR 回波波模型有有别于正正侧视时时的情况况，图1所示为为斜视时时，SAAR 与与点目标标之间的的几何关关系。图1斜视SSAR回回波几何何模型图图载机的速度度为，斜斜视角大大小为，点点目标PP和SAAR 的的

42、最近距距离设为为，视线线距离为为，设载载机位于于 点的的时刻为为时间起点点，此时时波束射射线通过过P 点点而与航航线的平平行线交交于 点点，将此此点作为为该平行行线上的的时间起点点。经过时间后后，载机机飞行至至点，设设点目标标与之间的的横向距距离为，在在中由余余弦定理理，可得得雷达与与目标的的瞬时斜斜距为：公公式 四四 （122） 距离移移动分析析在上式中，令令，将在处按照照泰勒级级数展开开并保留留至第三三阶，可可得公公式 四四 （133）2式中的线线性项为为距离走走动，公公式 四四 （144）高次项为距距离弯曲曲，公式 四 （155）同时定义距距离走动动总量为为，距离离弯曲总

43、总量为，则则有 公式 四 （166）为了分析距距离走动动和距离离弯曲随随斜视角角变化关关系，选选择天线线长度为为2 mm，载机机速度为为2500 m/s，视视线距离离为411.677 kmm，带宽宽为600 MHHz，波波长为00.03mm 雷达系系统参数数进行仿仿真分析析。当将将距离走走动校正正后，只只剩下的的距离弯弯曲，侧侧视的成成像处理理算法就就可以满满足成像像要求，因因此改进进常规的的CS 算法，并并结合时时域的去去走动即即可满足足大斜视视成像要要求。 改进的的CS算算法改进后的CCS 算算法步骤骤如下：(1)进行行去走动动处理，将将回波信信号的线线性走动动去除。(2)

44、将处处理后的的回波信信号进行行方位向向FFTT 变换换，变换换到距离离多普勒勒域中，采采用驻定定相位原原理。CCS 算法校校正距离离移动是通通过选定定参考距距离，然然后将场场景中的的其余目目标的距距离移动补偿偿成和参参考距离离处的相相同，之之后再做做统一处处理从而而完成整整个场景景的RCCMC，另另外在距距离多普普勒域中中还需要要选择一一个参考考频率，通通常选择择多普勒勒中心频频率。五、算法的的Mattlabb仿真5.1 RRD算法法5.1.11 仿真真参数采用美制GGERAA一24495一一l机载载SARR系统真真实参数数作为仿仿真实验验的基本本参数，其其主要参参数如下下：波长长3.1255

45、em，线线性调频频脉冲带带宽800MHzz，脉冲冲带宽llus，载载波频率率fc=9.6GHHz，与与测绘带带的垂直直斜距凡凡=1337000m，载载机飞行行速度2200mms，330斜视视角。5.1.22 仿真真结果经Matllab仿仿真后的的图形分分别如图图、图图2、图3、图4所示：图1 雷达达获取的的原始信信号图图2 处理理后的多多普勒频频域谱图图图3 经MMRC处处理后的的RD域域频谱图4 点目目标成像像图5.1.33仿真结结果说明明图一时没有有经过处处理，由由雷达直

46、直接获取取的图像像，从图图中可以以看出这这种没有有经过提提取的图图像中，含含有很多多频率复复杂的成成分，有有些重要要的信号号或许淹淹没在杂杂波信号号中，并并且成像像的方位位角和成成像范围围分布不不集中。为为了更好好地获得得需要的的信息，必必须对这这种图像像进行加加工处理理，图二二是运用用多普勒勒算法提提取的图图像信息息，得到到了两条条相对重重要的信信号频谱谱，其成成像方位位角和成成像范围围都集中中在一定定的范围围内，但但仍含有有一些杂杂波信号号。图三三是经过过RMCC技术处处理得到到的RDD域的频频谱，在在图二的的基础上上滤除了了杂波信信号。图图四从滤滤除杂波波的信号号进行点点目标成成像，从从

47、图中可可以清晰晰地看到到选取的的三个点点目标的的图像，其其成像方方位角和和成像范范围进一一步集中中，并且且点目标标图像的的分辨率率很高。5.2 CCS算法法如何利用分分布式雷雷达系统统的回波波数据，得得到高分分辨率的的图像，是是当前雷雷达成像像技术的的一个重重要研究究方向。对对分布式式系统的的多组回回波数据据进行频频域/多多普勒域域叠加合合成及成成像处理理，可以以得到高高分辨率率的成像像结果。目目前，分分布式雷雷达系统统应用最最广泛仍仍是RDD成像处处理算法法。然而而，由于于分布式式系统在在观测中中多涉及及到大斜斜视角成成像的问问题，而而RD算算法受斜斜视及距距离弯曲曲影响较较大，同同时插值值

48、提高了了运算量量，往往往不能满满足成像像精度需需求。鉴鉴于此，本本文尝试试在分布布式雷达达成像中中引入避避免插值值运算、精精度更高高的CSS算法，探探讨CSS算法应应用于分分布式雷雷达系统统的优势势、处理理特点及及成像效效果。5.2.11 仿真真参数为了验证算算法的有有效性，通通过模拟拟场景回回波信号号，来对对改进后后的算法法进行仿仿真，系系统仿真真参数如如表1 所示。同同时为了了演示几几何校正正的效果果，选取取测绘带带宽度为为2500 m，方方位向宽宽度为2250 m 的的场景，假假设场景景中包含含9个点点目标，这这些点呈呈等间隔隔分布，以以场景中中心为原原点，在在距离向向和方位位向均相相隔

49、1000m。表1 SARR系统仿仿真参数数表SAR系统统仿真参参数飞行速度250 mm/s发射信号带带宽60 MHHz天线长度4 m成像中心斜斜距41.677 kmm载波波长0.03 m距离向采样样率1.6脉冲宽度2 us方位向采样样率1.4斜视角60横向聚焦深深度307.99 m表2 点目目标成像像指标点成像性能能指标方位向距离向扩宽比PSLRISLR扩宽比PSLRISLR近距点1.0377-12.992-9.83391.0333-12.334-10.009参考点1.0233-12.998-9.91141.0155-13.888-11.775远距点1。0377-1

50、2.991-9.84491.0333-12.333-10.009表2给出了了当斜视视角为660时改进进后的CCS 算算法在近近距点、参参考距离离处和远远距点处处的成像像性能参参数，这这里的扩扩展比是是按照-3 ddB 的的宽度来来计算实实际值和和理论值值的比例例。ISSLR 理论值值在-110 ddB 左左右，PPSLRR 为-13 dB，本本文在成成像过程程中并没没有进行行加窗处处理，由由表可可知，成成像结果果表明算算法满足足大斜角角情况下下的SAAR 成成像要求求。5.2.22 仿真真结果经Matllab仿仿真后的的图形分分别如图图、图图5.2

51、2.2.2、图图、图图所示示：图1 雷达达获取的的原始信信号图图2 经距距离向匹匹配滤波波器处理理后的频频谱图图3 消除除相位影影响后的的频谱图图图4 消除除相位后后的点目目标成像像图5.2.33 仿真真性能分分析图五时没有有经过处处理，由由雷达直直接获取取的图像像，从图图中可以以看出这这种没有有经过提提取的图图像中，含含有很多多频率复复杂的成成分，有有些重要要的信号号或许淹淹没在杂杂波信号号中，并并且成像像的方位位角和成成像范围围分布不不集中。为为了更好好地获得得需要的的信息，必必须对这这种图像像进行加加

52、工处理理，图六六是运用用距离向向匹配滤滤波法提提取的图图像信息息，得到到了相对对重要的的信号频频谱，其其成像范范围集中中在一定定的范围围内，但但仍含有有一些杂杂波信号号。图七七是消除相相位误差差后得到到的频谱谱，可以以看到目目标成像像范围主主要集中中在0到到50之之间。图图八从消除相相位误差差的信号号进行点点目标成成像，从从图中可可以清晰晰地看到到选取的的三个点点目标的的图像，其其成像方方位角显显著集中中，并且且点目标标图像的的分辨率率很高且且成像亮亮度高。由上述分析析可知，将将时域去去走动和和CS 算法相相结合，可可以有效效地减小小距离向向和方位位向的耦耦合，满满足较大大斜视角角时的成成像要

53、求求，而且且成像的的测绘带带宽度也也大大增增加。六、成像算算法对分分辨率的的影响改进的RDD算法和和CS算算法中，如如果多普普勒参数数不准确确，则影影响相位位补偿因因子的精精度，降降低成像像质量和和分辨率率。下面面首先分分析多普普勒参数数误差对对成像质质量和分分辨率的的影响，然然后给出出改进算算法中多多普勒参参数的估估计与设设定方法法。 6.1 多多普勒中中心频率率误差多普勒中心心频率的的误差引引起图像像信噪比比下降，模模糊度变变差，以以及图像像位置偏偏移.多多普勒中中心频率率误差引引起的图图像信噪噪比、模模糊度变变差的定定量分析析与天线线方向性性图、脉脉冲重复复频率有有关.多多普勒中中心频率

54、率误差造造成图像像距离向向位置偏偏移为 公式式 六 （1）方位向位置置偏移为为 公式 六 （2）其中为波束束指向在在地面的的移动速速度。6.2 多多普勒调调频误差差多普勒调频频率影响响图像的的聚焦，多多普勒调调频率的的误差，在在成像处处理中表表现为二二次相位位误差。多多普勒调调频率误误差r在合成成孔径时时间引起起的最大大二次相相位误差差为 公公式 六六 （3）为孔径时间间.二次次相位误误差会使使主瓣展展宽，即即分辨率率降低，同同时也会会抬高旁旁瓣.用用带有误误的多普普勒调频频率进行行成像处处理会使使图像发发生散焦焦，从上上式中可可以看出出如果孔孔径时间间不同，相相同的多多普勒调调频率误误差带来

55、来的二次次相位误误差也不不同，因因此对分分辨率的的影响也也不同。6.3 改改进型算算法的多多普勒参参数估计计与设定定从星历参数数计算得得到的多多普勒参参数不能能满足精精确成像像的要求求，可以以利用回回波数据据本身，结结合成像像算法进进行精确确的多普普勒参数数估计.RD算算法中用用杂波锁锁定估计计多普勒勒中心频频率，自自聚焦估估计多普普勒调频频率的基基本思想想，也可可以用于于改进的的Chirpp Sccaliing算算法.基基本步骤骤如下：(1)利用星星历数据据估计多多普勒中中心频率率和多普普勒调频频率的初初值和。(2)计算算和，完成成改进CChirrp SScallingg算法步步骤，得得到图

56、像像的多普普勒频谱谱。(3)用多多普勒频频谱能量量均衡的的方法通通过迭代代估计多多普勒中中心频率率。(4)用子子孔径成成像方法法估计多多普勒调调频率。(5)将和和r用地计计算和，重复复步骤(2)(5)直到精精度满足足要求为为止。七、总结本文简要介介绍解SSAR的的应用，阐阐述了 SARR成像原原理和成成像算法法，以点点目标为为例，在在Mattlabb平台上上仿真成成像算法法，分析析成像算算法对分分辨率的的影响。在运用RDD算法和和CS算算法时，分分析了斜斜视情况况SARR空间几几何模型型和回波波信号模模型，分分析了SSAR斜斜视情况况下成像像处理，提提出了一一种改进进的RDD方法，通通过计算算

57、机仿真真验证了了提出算算法的正正确性，并并给出了了点目标标仿真结结果和主主要参数数。该方方法避免免了距离离走动的的插值校校正，在在距离频频域使得得被补偿偿为零，从从而降低低了计算算复杂度度，提高高了运算算速度。但但成像处处理时使使用的是是二阶逼逼近距离离模型，未未考虑距距离方程程的三次次以上项项，且距距离弯曲曲校正使使用的是是插值运运算，因因此，算算法只能能对小斜斜视SAAR进行行较好精精度的成成像，对对于大斜斜视SAAR模式式，不可可避免的的存在成成像精度度差的缺缺陷。致谢本论文是在在黄瑶老师师的悉心心指导下下完成的的。老师师渊博的的专业知知识，严严谨的治治学态度度，精益益求精的的工作作作风

58、，诲诲人不倦倦的高尚尚师德，严严以律己己、宽以以待人的的崇高风风范，朴朴实无华华、平易易近人的的人格魅魅力对我我影响深深远。不不仅是我我树立了了远大的的学术目目标、掌掌握了基基本的研研究方法法，还使使我明白白了许多多待人接接物与人人处事的的道路。本本论文从从选题到到完成，每每一步都都是在黄黄瑶老师师的指导导下完成成了，倾倾注了老老师大量量的心血血。黄瑶老师在在我作论论文的整整个过程程中给予予充分而而细致的的指导，首首先给予予了开题题报告和和论文正正文部分分的模板板和相关关注意事事项，然然后不厌厌其烦的的帮忙审审核修改改开题报报告中的的问题，细细致到错错别字的的指正。在在完成论论文正文文部分时时

59、，给我我们做好好时间安安排，让让我有条条不紊的的完成论论文整个个过程，在在此表示示衷心的的感谢。参考文献1 SSA霍凡尼尼斯恩，合成矩阵与成成像雷达达导论，西安，宇航出出版社，119833,6255-64472 张张澄波，综合孔孔经霍达达原理、系系统分析析与应用用，北京京，科学出出版社，119899,2977-31153 魏魏钟铨，合成孔孔径雷达达成像卫卫星，哈尔滨滨，科学出出版社，220011,3155-32274 张张直中，机载和和星载合合成孔径径雷达导导论，北北京，电子工工业出版版社，220044,344-5775 高高建卫，杨绍全，魏青，噪声调频信号对合成孔径雷达的干扰，北京，北京航空

60、航天大学出版社，2004,16-196 葛葛立敏，李李宏，刘刘肖，改进的的斜视机机载合成成孔径雷雷达RDD成像算算法，西安，西北工工业大学学出版社社，20009,17-227 吴吴 勇，宋宋红军，彭靳，基于时域去走动的SAR 大斜视CS 成像算法，北京，中国科学院电子研究所，2010,3-68 魏魏青，合合成孔径径雷达成成像方法法与对合合成孔径径雷达干干扰方法法的研究究，西安安，西安安电子科科技大学学，20006,18-259 MMerrriltt I.Skoolniik，FFiftty YYearrs oof RRadaar,PProcceeddinggs oof tthe IEEEE，11