SAR成像之低斜视下RD算法

目录

1.1 SAR成像概述

1.2 SAR成像原理

1.3 点目标成像处理流程

1.3.1 距离压缩

1.3.2 距离徙动校正

1.3.3 方位向压缩

1.3.4 成像质量评估

1.1

SAR成像概述

SAR，顾名思义，是Synthetic Aperture Radar的简介。合成孔径雷达中合成孔径是较真实孔径而言，以相对较小的真实天线孔径通过运动平台沿直线轨迹不断发射接受信号的方式，来实现与真实的大天线孔径相同成像效果。SAR成像的核心就是通过对回波信号的多普勒频移和信号中携带的地形信息进行处理，进而得到二维的地表图像。在恶劣天气的条件下，SAR图像所得到的信息和分辨率和光学图像几乎是差不多的，所以SAR成像在很多领域得到了应用。

1.2

SAR成像原理

SAR成像的几何模型如下图所示，雷达沿预定方向近似做匀速直线运动，在行进过程中，每隔一定时间向外发射一个脉冲调频信号并接收来自观测区域的回波信号。对于机载雷达和车载雷达而言，雷达平台的运动速度远小于电磁波的传播速度，因此其工作模式可以看成是‘停-走’模式，即雷达在当前位置发射信号并接收信号，然后前进一段距离，再不断向外发射信号并接收信号。其中我们定义方位向（沿飞行方向）慢时间为η和距离向的（沿雷达视线方向）快时间为τ。

图1 SAR成像几何模型

合成孔径雷达距离向的高分辨是通过发射线性调频信号和匹配滤波技术实现的。方位向，雷达平台在多个采样位置发射和接收信号，形成虚拟的均匀直线阵列，通过合成处理的方法实现高分辨成像。

对于回波目标来说，回波信号的表达式具体如下：

点到目标的瞬时斜距可以表示为：

联立式两式，我们可以得到雷达回波信号如下式所示：

其中，Ka是方位向线性调频率:

在一个合成孔径时间里，由于目标到雷达的距离不断变化，同一目标在不同方位时刻的回波位于不同的距离门上的现象叫做距离徙动，如下图所示。

图2 距离徙动

1.3

点目标成像处理流程

我们以点目标的RD（距离多普勒）算法为例，来介绍一般的成像流程。由于时域的匹配滤波在数据上是卷积而在频域上是数据相乘，所以处理的时候通常是先对信号做FFT变换，匹配相乘后再变换到时域，以下处理不再赘述。

1.3.1 距离压缩

在拿到回波数据后，我们首先要做的是距离压缩，这一步就是构造距离向的匹配滤波器，从而完成距离向的脉冲压缩。时域的距离向匹配滤波器如下：

回波数据图如下图所示：

图3 回波数据图

距离脉冲压缩后的信号如下图所示：

图4 未校正距离压缩信号

1.3.2 距离徙动校正

由于距离徙动现象的存在，距离压缩后是一条弯曲的曲线。因此需要对距离向压缩后的信号做距离徙动校正。距离徙动校正方法有两种，一种是在距离多普勒域通过距离插值运算进行校正，另一种则是在二维频域与相位乘法器相乘实现徙动校正。

第一种方法：频域徙动校正

距离徙动校正后的图像如下所示：

图5（1）距离徙动校正后的压缩信号

第二种：时域sinc插值：

在校正距离走动后的脉冲压缩图像如图下所示：

图5（2）校正距离徙动后的脉压图像

1.3.3 方位向压缩

在完成距离向的徙动校正后，即可对方位向进行压缩。完成方位向的距离压缩同样需要构造匹配滤波器。匹配滤波器表达式如下：

方位向压缩后的信号图如下：

图6 方位向压缩后的点目标

从图中可以看到，压缩后的点目标显示效果较好。

1.3.4 成像质量评估

在完成点目标的成像后，我们需要对成像的质量进行评价，评价的准则通常以峰值旁瓣比和积分旁瓣比来评价。

实际上的峰值旁瓣比和积分旁瓣比如下图所示。可以看出，点目标成像效果还是比较理想的。

图7 峰值旁瓣比和积分旁瓣比

END