第五讲-RD与CS成像算法

1、SAR成像理论与Matlab仿真 张顺生张顺生 电子科学技术研究院电子科学技术研究院 第五讲 RD与CS成像算法第五讲 RD与CS成像算法 ?距离-多普勒距离-多普勒(RD)成像算法成像算法 ?距离徙动距离徙动 ?算法流程算法流程 ?仿真实验仿真实验 ?线性调频变标线性调频变标(CS)成像算法成像算法 ?Chirp Scaling原理Chirp Scaling原理 ?算法流程算法流程 ?仿真实验仿真实验 2013.04.18 2 电子科技大学 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法距离徙动距离徙动 2013.04.183电子科技大学 () 2 2 ( , )2sinRrrvrv=+ 0= 在

2、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： 22 2 0 cos sin 2 v RRv r + 第一项为距离常量，第二项为距 离走动，第三项为距离弯曲。 . P Y O Z X 0 r r v ( , )Rr 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法距离徙动距离徙动 2013.04.184电子科技大学 存在距离弯曲时回波示意图 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法算法流程算法流程 2013.04.185电子科技大学 () 2 22 1 exp , r eas Hjf rfR = () 21 2 exp/ s aaMr

3、 R Hjfff c = 距离匹配函数： 方位匹配函数： 距离徙动校正函数： 22 3 2 exp BaMa HjRff v = RD算法流程图 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法仿真实验仿真实验 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:系统仿真参数: 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.187电子科技大学 正

4、侧视点目标仿真实验结果：正侧视点目标仿真实验结果： Range Direction Azimuth Direction 540560580600620640660 500 550 600 650 700 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.188电子科技大学 4500460047004800490050005100 -40 -30 -20 -10 0 Range Direction Magnitude (dB) 44004600480050005200 -40 -30 -20 -10 0 Azimuth Direction Magnitude (dB) 正

5、侧视点目标仿真实验结果：正侧视点目标仿真实验结果： 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.189电子科技大学 Range direction Azimuth direction 200250300350 100 150 200 250 300 350 400 斜视点目标仿真实验结果：斜视点目标仿真实验结果： 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1810电子科技大学 16001800200022002400 -40 -30 -20 -10 0 Azimuth Direction Magnitude (dB) 1800190

6、02000210022002300 -40 -30 -20 -10 0 Range Direction Magnitude (dB) 斜视点目标仿真实验结果：斜视点目标仿真实验结果： 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1811电子科技大学 成像结果评估：成像结果评估： rangeazimuth PSLRISLRPSLRISLR Side-looking-13.26-9.75-13.25-9.81 Squint-looking-13.25-9.86-13.26-9.99 PSLR ：peak sidelobe ratio ISLR ：integrated

7、sidelobe ratio 5.1 RD成像算法5.1 RD成像算法小结小结 2013.04.1812电子科技大学 RD算法总结: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 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法Chirp Scaling原理Chirp Scaling原理 2013.04.1813电子科技大学 ( )() 2 0 exp a ra r srectj K T = 假设有一个线性调频发射脉冲

8、，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： () 2 exp rr ff Hfrectj FK = 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。 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法Chirp Scaling原理Chirp Scaling原理 2013.04.1814电子科技大学 随距离线性变化的偏移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 sc f sc f a b 0= 变标方程 ( ) b 线性调频变标效应 5.

9、2 CS成像算法5.2 CS成像算法算法流程算法流程 2013.04.1815电子科技大学 CS算法流程图 ()()( )() 2 1 2 , ;exp; refssfref f rj K f r C fR f r c = 调频变标函数： 距离向处理函数： () ()() () 2 2 ;exp ;1 4 exp ref srefs sref f ffrj KfrCf jCfrf c = + 方位向处理函数： ()() 22 3 2 2 ,;exp11; 4 f f rjcjf r v = 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1816电子科技大学 雷达平台

10、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:系统仿真参数: 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1817电子科技大学 正侧视点目标仿真实验：正侧视点目标仿真实验： Range Direction Azimuth Direction 550600650 550 600 650 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1818电子科技

11、大学 4500460047004800490050005100 -40 -30 -20 -10 0 Range Direction Magnitude (dB) 44004600480050005200 -40 -30 -20 -10 0 Azimuth Direction Magnitude (dB) 正侧视点目标仿真实验：正侧视点目标仿真实验： 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1819电子科技大学 Range direction Azimuth direction 150200250300350 100 150 200 250 300 350 40

12、0 450 斜视点目标仿真实验：斜视点目标仿真实验： 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1820电子科技大学 16001800200022002400 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 Azimuth Direction Magnitude (dB) 180019002000210022002300 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 Range Direction Magnitude (dB) 斜视点目标仿真实验：斜视点目标仿真实验： 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法仿真实验仿真实验 2013.04.1

13、821电子科技大学 成像结果评估：成像结果评估： rangeazimuth PSLRISLRPSLRISLR Side-looking-13.27-9.76-13.25-9.81 Squint-looking-13.24-9.84-13.25-9.99 PSLR ：peak sidelobe ratio ISLR ：integrated sidelobe ratio 5.2 CS成像算法5.2 CS成像算法小结小结 2013.04.1822电子科技大学 CS算法总结: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 总结总结 2013.04.1823电子科技大学 ? RD & CS算法都是快速SAR的频域处理方法，理论上RD & CS算法都是快速SAR的