合成孔径雷达SAR的点目标仿真成像(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真成像电子与通信工程 侯智深 MF一 SAR原理简介合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar ，简称SAR)是一种高分辨率成像雷达技术。它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率，利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率，从而获得大面积高分辨率雷达图像。SAR回波信号经距离向脉冲压缩后，雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定：，式中表示雷达的距离分辨率，表示雷达发射信号带宽，表示光速。同样，SAR回波信号经方位向合成孔径后，雷达的方位分辨率由雷达方位向的多谱勒带宽决定：，式中表示雷达的方位分辨率，表示雷达方位向多谱勒带宽，

2、表示方位向SAR平台速度。二 SAR的成像模式和空间几何关系根据SAR波束照射的方式，SAR的典型成像模式有Stripmap(条带式)，Spotlight(聚束式)和Scan(扫描模式)，如图。条带式成像是最早研究的成像模式，也是低分辨率成像最简单最有效的方式；聚束式成像是在一次飞行中，通过不同的视角对同一区域成像，因而能获得较高的分辨率；扫描模式成像较少使用，它的信号处理最复杂。 SAR典型的成像模式这里分析SAR点目标回波时，只讨论正侧式Stripmap SAR，正侧式表示SAR波束中心和SAR平台运动方向垂直，如图2.2，选取直角坐标系XYZ为参考坐标系，XOY平面为地平面；SAR平台距

3、地平面高h，沿X轴正向以速度V匀速飞行；P点为SAR平台的位置矢量，设其坐标为(x,y,z)； T点为目标的位置矢量，设其坐标为；由几何关系，目标与SAR平台的斜距为： 由图可知：；令，其中为平台速度，s为慢时间变量（slow time），假设，其中表示SAR平台的x坐标为的时刻；再令，表示目标与SAR的垂直斜距，重写2.1式为： 就表示任意时刻时，目标与雷达的斜距。一般情况下，于是上式可近似写为： 可见，斜距是的函数，不同的目标，也不一样，但当目标距SAR较远时，在观测带内，可近似认为不变，即。 空间几何关系 (a)正视图 (b)侧视图图 (a)中，表示合成孔径长度，它和合成孔径时间的关系是

4、。(b)中，为雷达天线半功率点波束角，为波束轴线与Z轴的夹角，即波束视角，为近距点距离，为远距点距离，W为测绘带宽度，它们的关系为： 三 点目标SAR的成像处理算法仿真SAR的回波数据不具有直观性，不经处理人无法理解它。从原理上讲，SAR成像处理的过程是从回波数据中提取目标区域散射系数的二维分布，本质上是一个二维相关处理过程,因此最直接的处理方法是对回波进行二维匹配滤波，但其运算量很大，再加上SAR的数据率本来就高，这使得实时处难于实现。通常，可以把二维过程分解成距离向和方位向两个一维过程，Range-Dopper Algorithm（简称RD算法）就是采用这种思想的典型算法。 SAR的点目标

5、仿真结果 两点目标的回波仿真3D图 两点目标压缩后的3dB等高线图附录：SAR的点目标仿真Matlab程序主程序：stripmapSAR.m%=%Filename: stripmapSAR.m%Help file: stripmapSAR.doc%Project: Stripmap SAR Simulation using point targets and Reconstrction % with Range-Doppler Algorithm%Author: houzhishen ,nju,2010/6%=clear;clc;close all;%=%Parameter-constantC

6、=3e8; %propagation speed%Parameter-radar characteristicsFc=1e9; %carrier frequency 1GHzlambda=C/Fc; %wavelength %Parameter-target areaXmin=0; %target area in azimuth is withinXmin,XmaxXmax=50; Yc=10000; %center of imaged areaY0=500; %target area in range is withinYc-Y0,Yc+Y0 %imaged width 2*Y0%Param

7、eter-orbital informationV=100; %SAR velosity 100 m/sH=5000; %height 5000 mR0=sqrt(Yc2+H2);%Parameter-antennaD=4; %antenna length in azimuth directionLsar=lambda*R0/D; %SAR integration lengthTsar=Lsar/V; %SAR integration time%Parameter-slow-time domainKa=-2*V2/lambda/R0; %doppler frequency modulation

8、 rateBa=abs(Ka*Tsar); %doppler frequency modulation bandwidthPRF=Ba; %pulse repitition frequencyPRT=1/PRF; %pulse repitition timeds=PRT; %sample spacing in slow-time domainNslow=ceil(Xmax-Xmin+Lsar)/V/ds); %sample number in slow-time domainNslow=2nextpow2(Nslow); %for fftsn=linspace(Xmin-Lsar/2)/V,(

9、Xmax+Lsar/2)/V,Nslow);%discrete time array in slow-time domainPRT=(Xmax-Xmin+Lsar)/V/Nslow; %refreshPRF=1/PRT;ds=PRT;fu=linspace(-1/2/PRT,1/2/PRT,Nslow);%fu域序列%Parameter-fast-time domainTr=5e-6; %pulse duration 10usBr=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHzKr=Br/Tr; %chirp slopeFsr=3*Br; %

10、sampling frequency in fast-time domaindt=1/Fsr; %sample spacing in fast-time domainRmin=sqrt(Yc-Y0)2+H2);Rmax=sqrt(Yc+Y0)2+H2+(Lsar/2)2);Nfast=ceil(2*(Rmax-Rmin)/C/dt+Tr/dt);%sample number in fast-time domainNfast=2nextpow2(Nfast); %for ffttm=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C+Tr,Nfast); %discrete time arra

11、y in fast-time domaindt=(2*Rmax/C+Tr-2*Rmin/C)/Nfast; %refreshFsr=1/dt;f=linspace(-1/2/dt,1/2/dt,Nfast);%f域序列%Parameter-resolutionDY=C/2/Br; %range resolutionDX=D/2; %cross-range resolution%Parameter-point targetsNtarget=3; %number of targets%format x, y, reflectivityPtarget=Xmin,Yc,1 %position of t

12、argets Xmin,Yc+10*DY,1 Xmin+20*DX,Yc+50*DY,1; disp(Parameters:)disp(Sampling Rate in fast-time domain);disp(Fsr/Br)disp(Sampling Number in fast-time domain);disp(Nfast)disp(Sampling Rate in slow-time domain);disp(PRF/Ba)disp(Sampling Number in slow-time domain);disp(Nslow)disp(Range Resolution);disp

13、(DY)disp(Cross-range Resolution);disp(DX) disp(SAR integration length);disp(Lsar) disp(Position of targets);disp(Ptarget)%=%Generate the raw signal dataK=Ntarget; %number of targetsN=Nslow; %number of vector in slow-time domainM=Nfast; %number of vector in fast-time domainT=Ptarget; %position of tar

14、getsSrnm=zeros(N,M);for k=1:1:K sigma=T(k,3); Dslow=sn*V-T(k,1); R=sqrt(Dslow.2+T(k,2)2+H2); tau=2*R/C; Dfast=ones(N,1)*tm-tau*ones(1,M); phase=pi*Kr*Dfast.2-(4*pi/lambda)*(R*ones(1,M); Srnm=Srnm+sigma*exp(j*phase).*(-Tr/2Dfast&DfastTr/2).*(abs(Dslow)Lsar/2)*ones(1,M);end%=%Range compressiontr=tm-2*

15、Rmin/C;Refr=exp(j*pi*Kr*tr.2).*(-Tr/2tr&trTr/2);%Sr=ifty(fty(Srnm).*(ones(N,1)*conj(fty(Refr);%Gr=abs(Sr);%src_uf=fty(Srnm).*(ones(N,1)*conj(fty(Refr);%距离压缩src_ut=fftshift(ifft(fftshift(src_uf.).;%距离压缩后的信号src_fut=fftshift(fft(fftshift(src_ut);%距离多普勒域src_fuf=fftshift(fft(fftshift(src_uf);%距离压缩后的二维频谱F

16、=f*ones(1,Nslow);%扩充为矩阵FU=ones(Nfast,1)*fu;fdc=0;p0_2f=exp(j*pi/Fc2/Ka*(FU.*F).2+j*pi*fdc2/Fc/Ka*F-j*pi/Fc/Ka*FU.2.*F);s2rc_fuf=src_fuf.*(p0_2f.);s2rc_fut=fftshift(ifft(fftshift(s2rc_fuf).).;%距离多普勒域Sr=fftshift(ifft(fftshift(s2rc_fut);Gr=abs(Sr);p0_2fu=exp(j*pi/Ka*(FU-fdc).2);%方位向压缩因子s2rcac_fut=s2rc_

17、fut.*(p0_2fu.);%方位压缩s2rcac_fuf=fftshift(fft(fftshift(s2rcac_fut).).;%距离方位压缩后的二维频谱s2rcac_ut=fftshift(ifft(fftshift(s2rcac_fut);%方位向IFFT%Azimuth compressionta=sn-Xmin/V;Refa=exp(j*pi*Ka*ta.2).*(abs(ta)Tsar/2);Sa=iftx(ftx(Sr).*(conj(ftx(Refa).*ones(1,M);Ga=abs(Sa);%=%graw the intensity image of signalc

18、olormap(gray);figure(1)row=tm*C/2-2008;col=sn*V-26;imagesc(row,col,255-Gr); %intensity image of Sraxis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xlabel(rightarrowitRange in meters),ylabel(itAzimuth in metersleftarrow),title(Stripmap SAR after range compression),figure(2);colormap(gray);imagesc(row,col,25

19、5-Ga); %intensity image of Saaxis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xlabel(rightarrowitRange in meters),ylabel(itAzimuth in metersleftarrow),title(Stripmap SAR after range and azimuth compression),%=figure(4)colormap(gray)imagesc(row,col,255-abs(s2rcac_ut);axis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xlabel(rightarrowitRange in meters),ylabel(itAzimuth in metersleftarrow),title(Stripmap SAR after range and azimuth compression),专心-专注-专业