SAR数字成像算法.doc

SAR Digｉｔal Ｉmaging Ａlｇoriｔhms
主要汇报内容：
SAＲ 的工作原理
二、主要成像算法简介
汇报人: 张彦飞 （博士生）
导　 师：关 键（教　 授）
２005年5月１4日
ＳＡR 的工作原理
１ 感性认识
　 　 　　 正侧视 条带(stripmap) SAR 的空间几何关系（正视图)
正侧视条带SAＲ　的空间几何关系（后视图)

SAR　的天线位置与点目标的几何关系
SAＲ的天线为什么要侧视工作？ 技术上 　可以提高距离向在地面上的分辨率；
战术上　 可以在远距离上实施对战场的侦察。
SAR天线侧视的作用
　 　
从不同角度对ＳＡＲ的工作原理的理解
从阵列天线上看
实孔径UＬA阵列天线
一个小孔径的天线在直线上移动形成的合成阵列天线可以等效于上面的实孔径ULＡ阵列天线
但是两者还有以下的重要区别：
ＳＡR与实孔径阵列雷达的区别:　
实孔径雷达　　 目标在远区场（夫琅和费区)； Rp〉2D2/ 平面波 　单程相移
ＳAＲ 　 　 目标在近区场（菲涅尔区）; Rp 〈2L2S／　 　球面波 双程相移
, 例如：X波段，波长 3cm，Ｄ=2m，R0=2０公里，得到:合成孔径长度LS =300米,2D2／＝２67米，2L2Ｓ/=６000公里。　见下图
　　 　实孔径阵列天线 　 　　 　　合成阵天线
从匹配滤波上看
频域上：匹配滤波器－-－——--相位校正网络--—－—--—移相(延时）和相加 　 　
SAＲ的聚焦过程与匹配虑波作用的类比
匹配虑波作用：对信号进行 ：相位校正（同相）和同相相加
从相关接收看 ：时域处理,与频域上的匹配滤波等价。匹配滤波器的输出就是输入信号 　 的自相关函数。
从脉冲压缩上看：对线调频信号,‘压缩'滤波器就是‘匹配’滤波器。
从多普勒效应上看。 对时间(距离）的分辨可以转化为对频率的分辨（因为：SAＲ回波的平方相位的线性调频特性使时间（距离)和频率二者有线性关系。）
SAＲ的近似简化物理模型：
雷达在一个位置发射并在同一位置接收，然后跳到下个位置发射和接收。如此继续下去。这种近似对每次发、收显然是合理的。因为在一次发、收中可以不计多普勒频移，即认为发、收位置重合。这种近似对若干次发、收一起考虑也是允许的。因为实际雷达天线在发、收之间的位移是很小的(小于方位分辨单元宽度）。这里只不过是把距离随时间的连续变化用小阶梯变化近似而已。
SＡR系统的两种时间：
SＡＲ的点目标回波信号为:

这样就有两种时间概念：
(１）“快”时间（距离时间）:
在一个脉冲重复周期内,电波在SAＲ与目标之间的往返时间。包含在信号包络函
数和相位函数中的时间，反映信号的变化.
（2）“慢”时间（方位时间)：
代表ＳＡR在方位上的位置。仅包含在信号延迟中的时间。反映载机运动引起的位置变化。　　“慢”时间与多普勒频率特性具有锁定关系.
　 　 　 　 　
在信号的持续时间里，载机前进所引起的雷达位置的变化是微不足道的,可以忽略。
在考虑信号变化的“快”时间间隔(即信号持续时间)里,“慢"时间变化为零．也就是说，两者可以分开。 随“快”时间而变的信号决定了雷达的距离向分辨率,而 随“慢"时间而变的载机运动，则决定了雷达方位向分辨率.
几个强调的问题
（1）SＡＲ的角度（横向）分辨力
常规雷达：
非聚焦SAR： (不做相位校正,只有波程差在1／8波长内（９０度相位差）的数据可以使用.）
聚焦SＡR:D/2 　 （只在Frｅnseｌ菲涅耳近似的条件下)。 曲线见下图示.
　 　
　 　 　图1　　　SAR与常规雷达角度(横向)分辨力的比较
注意：并不是D无限小，聚焦ＳAR的角度(横向）分辨力可以无限制的改善。其极限数值是雷达波长的四分之一。原因是当D无限小时，Frensｅl近似不再成立。D／2　，回波信号的瞬时频率
D无限小，小天线的波束角加大,合成孔径长度LS加大，合成孔径时间加大，由上图可知，回波信号的瞬时频率趋向一个固定值，导致多普勒带宽也趋向一个极限值。
（2)SＡR的模糊问题
因为SAR是大面积成像的雷达。SAR在任一时刻收到的回波信号