%机载合成孔径雷达成像算法研究.doc

第23卷第9期文章编号:10012506X(2001)0920090205系统工程与电子技术SystemsEngineeringandElectronics Vol123,No192001 机载合成孔径雷达成像算法研究孙泓波,顾红,苏卫民,刘国岁(南京理工大学电子工程技术研究中心,210094)摘要首先建立了机载合成孔径雷达回波信号的理论模型,阐述了SAR成像的基本原理,分析了目标与雷达之间的相对运动对成像的影响。然后对各种机载SAR成像处理算法进行了讨论和比较,包括标准的距离-多普勒(R-D)算法、改进的R-D算法、标准Chirp-Scaling(C-S)算法、扩展C-S算法和非线性C-S算法。分析表明,C-S算法以较小的运算量取得了较好的斜视情况下的性能,已取代R-D算法成为机载SAR成像的标准算法。最后指出了机载SAR成像算法今后的发展方向。主题词:合成孔径雷达;雷达成像;算法中图分类号:O21211 文献标识码:ATheStudyonAirborneSARImagingAlgorithmsSUNHong2bo,GUHong,SUWei2min,LIUGuo2sui(ResearchCenterofElectronicEngineeringTechnologyNanjingof,)Abstract:Inthispaper,pared-(R-Dalgorithm,Chirp-Scaling(C-S)algo2rithm,--putationalcost,andithasbeenthestandardairborneSARimagingalgorithminsteadoftheR-:Syntheticapertureradar;Radarimaging;Algorithm1 引言合成孔径雷达是一种新型的高分辨力雷达体制,它借助于脉冲压缩技术实现距离维的高分辨,借助于方位多普勒分析的技术实现方位维的高分辨,它已经广泛用于军事及民用领域当中[1]。SAR回波信号可以看作是目标后向散射特性通过一个究,最后在此基础上指出了SAR成像算法今后的发展方向。2 机载SAR的信号模型假设雷达发射线性调频信号,不考虑天线方向图加权,点目标回波信号的基带形式为)=a(τ-2R(t)/c)・SR(t,τ2exp(-πjK(π-2R(t)/c))・二维线性系统的输出,最直观的方法就是在时域采用一个二维时变滤波器对SAR回波信号直接进行二维匹配滤波。这种方法可以完全避免距离迁移引起的回波信号在距离和方位维耦合的影响,但其运算量极大,无法做到实处处理。为了解决这个问题,各国学者先后提出了距离2多普勒(R-D)算法及其改进方法[2-5]、波数域算法[6,7]、Chirp-Z算法[8,9]、Chirp-Scaling(C-S)算法及其改进算法[10-13])exp(-j4πR(t)/λ(1)其中τ———距离向时间,c———光速,λ———载波波长,t———方位向时间,K———调频斜率,a(t)———发射脉冲的矩形包络,R(t)———t时刻雷达与目标之间的斜距。雷达与目标之间图1 雷达与目的位置关系如图1所示,设雷达载机等。本文在建立SAR信号模型的基础上对各种SAR成像算法的性能进行了讨论,并且着重对R-D算法和C-S算法进行了详细研收稿日期:2000-09-18 修订日期:2000-11-29以速度V匀速直线飞行,t=0时与目标距离R0,雷达波束指向方位角为θ,标几何位置关系基金项目:雷达信号处理国防重点实验室基金资助课题(99JS01141DZ2401)作者简介:孙泓波(1975-),男,博士研究生,主要研究方向为雷达成像,空时二维信号处理机载雷达运动目标检测理论等。'1994-)作二维傅氏变换,可得SR1(fa,fr)=C・a(2)・91・22θ)1/2R(t)=(R20+Vt-2R0Vtcos22θ2θ≈R0-Vcost+t2R0ff・exp-πjf2・πBr(fr+f0)fDRa令fDC22θ=,则(2)式可化为λcos,fDR=-λR0λλ2R(t)=R0-fDCt-ft24DRπexp-j22πfa・exp-πjfr・exp-jffDRf0fDRcr(8)(3))项—其中 fr———距离向频率,后三个exp(・——fr或fa的)项作Taylor级数