雷达成像技术(保铮word版)第四章 合成孔径雷达

第四章 合成孔径雷达

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar ，简称SAR ）是成像雷达中应用最

多，也是本书讨论的重点。在前几章对雷达如何获取高的距离分辨率和横向分辨

的基础上，从本章开始用三章的篇幅对合成孔径雷达作较详细的讨论。

首先，结合工程实际介绍合成孔径雷达的原理。在前面的讨论中已经提到，

根据不同的要求，成像算法（特别是横向成像算法）有许多种，本章只介绍最简

单的距离-多普勒算法的原理，目的是由此联系到对合成孔径雷达系统的要求以

及工程实现方面的问题。

合成孔径雷达通常以场景作为观测对象，它与一般雷达有较大不同，我们将

在本章讨论合成孔径雷达有别于一般雷达的一些技术性能和参数。

4.1 条带式合成孔径雷达成像算法的基本原理

4.1所示，设X 轴为场景的中心

线，Q 为线上的某一点目标，载机以

高度H 平行于中心线飞行，离中心线

的最近距离B R 为

B R = （4.1） 当载机位于A 点时，它与Q 点的斜距

为

R = （4.2） 式中t X 为点目标Q 的横坐标。

当分析中心线上各个点目标的回波状况及成像算法时，可以在包括场景中心

线（即X 轴）和载机航线的平面里进行。至于场景里中心线外的情况将在后面

说明，这里暂不讨论。

一般合成孔径雷达发射线性调频（LFM ）脉冲，由于载机运动使其到目标的

距离发生变化，任一点目标回波在慢时间域也近似为线性调频，而且包络时延也

几何示意图

随距离变化，即所谓距离徙动。合成孔径雷达成像算法的任务是从载机运动录取得到的快、慢时间域的回波数据，重建场景图像，它是二维匹配滤波问题。

严格考虑距离徙动的成像算法比较复杂，在实际应用中，一般均根据情况采用一些较简单的算法，这些将在第五章里系统介绍。在这里我们主要讨论分辨率较低，距离徙动影响可以忽略的最简单的情况，这时可采用简易的距离-多普勒基本算法。

所谓距离徙动的影响可以忽略不计是指雷达波束扫过某点目标的相干处理时间里，目标斜距变化引起的距离徙动值小于距离分辨单元长度的1/4~1/8，即场景中心线上所有点目标的回波（距离压缩后的）在慢时间域里均位于同一个距离单元。当然，因斜距改变引起的二次型相位变化还是需要考虑的，即系统的脉冲响应函数应考虑二次型相位。这种情况下的成像算法是比较简单的，可将回波信号先在快时间域作脉压匹配滤波，然后再对快时间域的每一个距离单元分别沿慢时间作方位压缩的匹配处理，于是得到场景的二维图像。在上面的图4.1中，我们提出只对中心线上的目标进行讨论，场景的二维图像当然包括场景里中心线以外的目标，这将在下一节里说明。

脉压匹配滤波可以在时域用回波数据与系统函数作卷积处理，也可以在频域作乘积处理，由于乘积的运算量小，同时时频域之间的傅里叶变换有FFT快速算法，频域计算用得更多。此外，由于场景有一定宽度，比发射脉冲宽度宽不少，而沿慢时间录取的数据长度一般也比波束扫过一个点目标的相干积累时间长得多，即时域信号长度比系统匹配函数长得多，这里应将信号分段处理后再加以拼接。

4.2合成孔径雷达回波的多普勒特性

信号有时域表示和频域表示，一般情况直接获取的是时域信号，通过傅里叶变换得到它的频谱。合成孔径雷达信号也是如此，快时间表示的发射信号是在时域生成，而慢时间回波则为载机运动过程中回波的变化序列。通过傅里叶变换，可以得到快时间频谱（距离谱）和慢时间频谱（多普勒谱或方位谱）。

合成孔径雷达信号有它的特殊性，它的回波为众多点目标回波的线性组合，而对一个点目标来说，其快、慢时间回波均为（或近似为）线性调频信号。对于

包络变化和频率变化相对缓慢的线性调频信号，它的瞬时频率分量与频谱中相对

应的分量基本相同，也就是说从慢时间域回波的瞬时多普勒分量可以得回波信号

的多普勒谱，这一性质有助于对复杂情况下成像分析的理解。为此，在这里作较

详细的讨论。

如图4.1所示，若沿场景中心线（即图中的X 轴）分布有多个点目标，设雷

达为正侧视工作，载机沿航线飞行时波束依次扫过各个点目标，并接收到它们的

回波。这些回波的特性相同，只是沿慢时间轴有不同的时延。因此，如果将录取

在m t t - 两面的回波数据，通过傅里叶变换由慢时间域变换到多普勒域，则除线

性相位有不同的系数（对应于不同的时延）外，频谱结构完全相同。

图4.2（a ）示场景中心线上有两个点目标A 和B ，而在更远处有一个点目标

C 。在发射LFM 脉冲作用下，录取于m t t

-?平面的回波数据的支撑区如图（b ）所示，支撑区的横向长度决定于波束扫过的时

间，远处的目标时间较长。保持快时间域不变，

通过傅里叶变换从慢时间域变换到多普勒域，

回波数据的支撑区如图（c ）所示，前面已经指

出，纵向距离相同的点目标，除线性相位外多

普勒谱结构相同，当然支撑区也相同。第三章

里已经证明，波束扫过目标的回波数据的频域支撑区为22sin ,sin 22BW BW Vf Vf C

C θθ??-????，所以A 、B 两点目标的支撑区相同，而点目标C 的支撑

区频域宽度也相同。

从上面的讨论可知，多普勒支撑区还和频

率f 有关，频率越高，支撑区长度也越宽。合

成孔径雷达一般具有较宽的频带，对于LFM 信

号（设调频率为正），图4.2（c ）中的支撑区呈

弧梯形。需要补充说明的是，在上一节的低分

辨简单情况，由于距离分辨率低，信号频带较图4.2 点目标及回波数据

?(a)

??A B C

t

窄，信号频率分量对支撑区的影响可以忽略，可将图（c ）中的支撑区近似为矩

形，但是在一些高分辨场合，这一近似不成立。

将回波数据从慢时间域［图（b ）］变换到多普勒域［图（c ）］，两者之间的

关系还须作一些说明。在慢时间域某一时刻m t 的回波为波束照射范围内目标的回

波之和，按距离远近先后到来；而在多普勒域某一瞬时多普勒d f 的回波，为载

机飞行录取过程中，雷达斜视角θ满足2sin d Vf f C

θ=处的目标的回波。暂讨论雷达载频c f 的情况，这时斜视角θ与多普勒d f 一一对应，即多普勒谱中某一d f 的

分量，为载机飞行录取过程中所有时刻斜视角为θ处的回波的组成，回波也要按

距离远近先后排列。可以看出，沿场景中心线分布的目标，按上述方式录取时，

回波的慢时间不同，但距离是相同的。换一个d f ，它对应的斜视角改变，录取

回波的情况相类似，只是沿场景中心线分布的目标的距离会有所变化，当0

d f =（即斜视角0θ=）时，距离是最短的，即各目标与航线的最近距离。

上面讨论的是频率为雷达载频c f 时的情况。合成孔径雷达通常用线性调频信

号，且频带较宽，点目标回波的频率随快时间变化，在斜视角相同的情况下，d

f 与f 成正比。因此，任一瞬时点目标快时间域的回波，在d t f - 平面里表现为斜

线（只有0d f =的分量例外）［图4.2（c ）］。

上面我们讨论了合成孔径雷达回波信号在慢时间域和在多普勒域中某一分

量的意义。为了得到回波信号的多普勒谱函数，可以将接收到的回波时域信号在

慢时间域作傅里叶变换。由于傅里叶变换是一种线性变换，只要对单个点目标回

波作变换处理即可；而且合成孔径雷达重视的是信号的相位历程，主要研究信号

的相位函数。其实，得胜上面提到的瞬时多普勒与多普勒谱中相对应的分量基本

相同的概念，也可直接得到多普勒域的相位函数。

实际上，对慢时间域回波信号作傅里叶变换要用到驻相点法的近似算法，这

一算法与瞬时多普勒与多普勒谱中对应分量基本相同的概念是一致的，当然得到

的结果也相同。

4.3 数据录取平面、聚焦平面和成像显示平面

合成孔径雷达属于两坐标雷达，场景成像是一个二维平面，在处理过程及其

最后结果都是二维的。实际场景不可能是理想平面，会有高程变化，雷达载体（飞

机、卫星等）更是远高于场景平面，显然其模型是三维的。于是我们会产生一个

问题，我们在实际的三维空间里究竟采用的是哪一个平面，以及它与实际三维空

间之间的关系。

实从数据录取、处理到成像显示通常不是用同一个平面。首先是回波的数据

录取平面，合成孔径雷达工作在条带模式时，天线波束指向固定（用得多的是正

侧视），在载机飞行过程中以快时间t 和慢时间m t 为坐标录取平面数据。实际上，

慢时间只是记录回波的顺序（由于载机过程一定，它等价于合成孔径阵元的空间

坐标），即实际录取的是以快时间t 表示的斜距，以及慢时间历程通过处理后得

到的瞬时多普勒。由于瞬时多普勒与回波多普勒谱中对应的分量基本相同，录取

于d f t - 平面的信息足以描

述平面内的情况，至于仰角

向的高程信息，一般合成孔

径雷达是得不到的。

数据录取平面显然应包

含雷达运动历程的轨线——

载机航线，同时将与它平行

的条带中心线包含在内是合

理的。这样，所以用这两条

平行线所成的平面作为数据

录取平面。平面外空间目标

的回波相当以“等距离”和

“等多普勒”的关系映射到

录取平面上。空间的等距离

面为以雷达天线相位中心为

原点、以一定距离值为半径

的球面；而等多普勒面仍以图4.3 数据录取平面、聚焦平面以及

成像显示平面的几种选择数据录取平面场景中心目标2图象聚焦平面成像显示平面? ?目标1图象目标2目标1(a)(b)场景中心聚焦平面? ? 目标1目标1图象目标2图象目标2成像显示平面数据录取平面场景中心(c)成像显示平面聚焦平面数据录取平面??

目标2目标1图象目标1 目标2图象

天线相位中心为原点，以载机速度向量为轴线，锥顶角（等于两倍斜视角的余角）

为一定值的圆锥面，一定值的圆锥面与一定值的球面相交，在空间形成等距离-

等多普勒曲线。以与载机速度向量正交的平面为例，此时斜视角为0（即锥顶角

为π），它是多普勒等值面。等距离线应为圆弧线（相当于球面波前），由于实际

波束仰角向的波束宽度较小，照射的条带幅宽通常远小于场景距离，球面可近似

为平面波。于是，在这一平面里，雷达到场景中心的连线为数据录取平面在该平

面内的横截线，线外目标到数据录取平面的映射，相当于到该连线的垂直投影［图

4.3（a ）］。

顺便提一下，数据录取平面是一种提法，它基于载机航线为理想直线，实际

是不可能的，航线总会有起伏，录取面为“曲面”。我们在这里以理想情况说明

原理，下面仍称它为平面。有关录取面起伏的问题将在后面研究。

对于上述与航线垂进法平面以外

的空间，它们应当以等距离-等多普勒

线映射到数据录取平面里，而如图4.4

所示。但在距离较远、范围较小的观测

区域里，等多普勒面近似为一组平行

面，录取平面外的目标沿这些平行面垂

直投影到录取平面上。

下面再讨论聚焦平面问题。由于合成孔径为近场处理，要根据目标离载机航线的远近确定聚焦函数，聚焦平面应与

实际场景平面相一致，使位于场景平面里的目标得到良好聚焦。为此应将录取平

面的数据等效转换到聚焦平面上，如图 4.3（a ）所示，将录取目标沿垂直线交

于聚焦平面。

对场景目标完成聚焦后，还要选择成像显示平面，即将在聚焦平面的结果转

换到成像显示平面上。

成像显示平面可以有多种选择，将聚焦平面选择为成像显示平面是一种合理

的选择，这时场景上的点投影到录取平面，后又沿原路转换回到聚焦平面，聚焦

处理完成后即在同平面内显示［图4.3（a ）］，这时场景平面上的目标保持原状，

场景中有一定高程的目标会有位移。

图4.4 点目标P的等距离 -等多普勒线

另一种成像显示平面的选择是介乎于数据录取平面和聚焦平面之间，而如图

4.3（c ）所示。这时数据录取和聚焦处理两步骤与前面的相同，只是聚焦完成后

再投影到新的成像显示平面。

比较上面三种方法可见，第三种方法具有一般性，前两种方法只是它的特例。

如果场景十分平坦，用第一种方法，即选择聚焦平面作为成像显示平面是合理的，

它基本反映了平面场景的面貌。用图 2.3（b ）选择数据录取平面作为成像显示

平面的方法，完全是为了简化运算。可以看出，从实际表示目标位置的聚焦平面

投影到数据录取平面，场景纵向长度受到压缩，将原场景中的正方形变成纵窄横

宽的长方形。而图 2.3（c ）的中间情况要多一次投影运算，只用在某些特殊需

要的场合。

应当指出，区分数据录取平面和聚焦平面基于在有些场合必须考虑聚焦函数

的空变性，如果分辨率要求不同，场景幅度不大，以及波束下视角较小，就可以

直接在数据录取平面作聚焦处理，并在该平面显示场景图像。

4.4 场景高程起伏引起的几何失真

雷达基本上是基于距离测量的探测设备，一般的合成孔径雷达在垂直平面里

没有仰角分辨率，完全是根据几何关系由距离来确定目标位置，在许多场合不可

避免地产生几何失真。

合成孔径雷达成像

一般用斜距近似表示地

面距离。如图4.5所示，

若场景宽度较宽，球面波

效应不能忽略，则用斜距

表示的地面距离是有失

真的，等距球面与地面的

交点是远密近疏。当然，只要知道场景和载机高度的几何关系，这种几何失真可以通过计算加以校正，但

是如果地面有起伏，且起伏的状况不预知，就会带来一系列问题，这将在下面讨

论。此外，如果图 4.5球面波间的间隔等于距离分辨率r ρ，则地面距离分辨率

图4.5

/cos rg r ρρψ=，其中ψ为雷达的下视角；ψ越大，地面分辨率也越差。

当场景地面有起伏时，用合成孔径雷达成像的几何失真主要有：缩短，错位

和阴影。

图4.6 地面起伏的距离缩短效应ψα-<< 900（a）

090<<-αψ （b）

若雷达的下视角为ψ，起伏地面的水平倾角为α，则当

(90)(90ψαψ--<<- 时在合成孔径雷达所成的图像里会发生缩短现象。图

4.6（a ）是090αψ<<- 的情况，而图4.6（b ）是(90)0ψα--<< 的情况。比

较图4.5可知，在场景为理想平面也有缩短现象，即将图中的地面距离rg ρ表示

较短的r ρ。地面的起伏有时使缩短现象更为严重［如图4.6（a ）］，有时使缩短

现象轻一些［如图4.6（b ）］。

错位的现象如图4.7所示，它发生在90αψ>- 的场合。从图4.7可见，从

地面距离来说，土包底部B 点到雷达的距离较顶部A 点为近，但从到雷达的斜距

来说，A 点较B 点为近，因而在合成孔径雷达图像里发生了错位。由此可见，主

要基于测距的雷达成像和人的目视像在这里有很大不同，而基于测角的光学仪器 成像与目视像是一致的，不会出现上述错位现象。

阴影现象发生在αψ-≥的场合，如图4.8所示，图中粗线部分是雷达电波照

射不到的，为无回波的阴影区。这里的阴影与目视的阴影不同，后者是外界光源

（如太阳、月亮等）照射不到的地方，而仍处于视角的范围里，而视线视遮挡的

α

ψ≤-90图4.7 错位现象

部分在图像上是不被显示的。

上述的一些失真形成了合成孔径雷达图像和光学图像的差别，作图像理解时应加以注意。

4.5 合成孔径雷达的性能指标

合成孔径雷达一般以场景观测为目的，在军事应用中还用它来检测和识别目标（至于动目标检测更是战场感知的重要方面，由于后面还要专门讨论，这里暂不涉及）。因此，合成孔径雷达的性能和一般雷达相比较，有许多共同性，但也有不少特殊性。这里只对它的特殊问题展开讨论。

合成孔径雷达以成像为目的，它所特有的性能指标主要和图像质量有关，如散射点的检测能力，散射点的空间分辨能力，散射点的相对定位精度，散射点雷达截面积的对比度，以及图像的清晰度等。下面围绕这一系列性能指标来讨论合成孔径雷达。

4.5.1 合成孔径雷达的信噪比方程

一般雷达，若具有相干匹配的发射-接收系统，其信噪比方程为：

2234(4)i PG T SNR KTR λσπη

= （4.3） 天线增益G 与天线面积A 有下列关系

24A

G πλ= （4.4）

将其代入（4.3）式，得

224(4)i PA T SNR KTR σπλη

= （4.5） 式中

P －平均发射功率，

σ－目标雷达截面积，

i T －目标驻留时间，

K －波兹曼常数，

T －系统的噪声温度，

R －目标到雷达的距离，

η－系统损耗。

对于合成孔径雷达，我们要作工程设计的是安装于运动载体的实际雷达，因积分旁瓣的定义是所有能够混迭过来的旁瓣能量和与主瓣能力之比此，暂撇开“合成孔径”的概念，而来讨论一个具有不大孔径天线的“实际”雷达。问题在于这一“实际”雷达以合成孔径模式工作时有什么特点。特点之一是以聚焦方式实现合成孔径，其实这属于发射-接收系统的相干匹配滤波，目标驻留时间（即目标回波的相干积累时间）比一般雷达

长得多。如（4.5）式所示，如果其它

参数不变，由于i T 的大大加长，何以使

发射平均功率减小很多

另一个特点是若合成孔径雷达以

观测场景为目的，雷达目标即场景的杂

波，若合成孔径雷达的距离和横向距积

分旁瓣的定义是所有能够混迭过来的

旁瓣能量和与主瓣能力之比离分辨单

元长度分别为r ρ和a ρ，则地面分辨单

元（相当于目标）的雷达截面积为 0cos r a ρσσρψ

= （4.6） r

图4.9

式中0σ为地面后向散射系数，ψ为天线波束射线的下视角。

合成孔径雷达的目标回波相干积累时间还和其它一些参数有关，若实际天线横向孔径为D ，则波束在距离R 处所张的长度为/R D λ，这也就是合成孔径长度

L 。若载机速度为V ，则i

L TV =，于是 2a i R

TV λρ= （4.7）

将（4.6）式代入（4.5）式，并考虑（4.7）式的关系，雷达信噪比方程又可写成

203(8)cos r PA SNR V KTR ρσπληψ

= （4.8） 上式的特点之一是SNR 与横向距离分辨单元长度a ρ无关，这是很显然的，a ρ的减小会导致“目标”的RCS 降低，但它会使相干积累时间加长，两者的作用相消。另一特点是SNR 与载机速度V 成反比，这是因为载机速度越快，目标驻留时间就越短，减小了能够利用的信号能量。

合成孔径雷达本质上属于搜索模式雷达。对搜索模式雷达，功率孔径积是一个很重要的参数。合成孔径雷达由于“目标”的特殊性，可从（4.5）式导出功率孔径平方积

230(8)()/r PA VKT R SNR πηλρσ= （4.9）

式中功率孔径平方积与距离R 的三次方成正比，而不像一般搜索雷达是与距离R 的平方成正比。

功率孔径平方积这一参数说明了为了减小所需的平均发射功率，加大天线孔径是很有效的。

天线孔径加大除了要考虑载机的承受能力外，雷达自身也有些因素需要考虑，因为天线孔径越大，它的波束就越窄。水平方向波束窄，则有效合成孔径长度短，横向分辨率受到限制；垂直方向窄，则照射的场景幅度就比较短。这些都是必须注意的。

但是在有些场合，由于不容许发生方向模糊和（或）距离模糊（一般均不允许发生，除非有特殊措施，否则图像会因混迭而模糊），对天线孔径面积还有最

小值的限制。

我们知道，载机以速度V 飞行时，回波的多普勒频带为4sin(/2)/2/BW V V D θλ=。为了不发生方位模糊，最低脉冲重复频率RL f 至少等于上述多普勒频带，即

2/RL f V D = （4.10）

如果条带式合成孔径雷达的最大斜距和最小斜距分别为f R 和n R ，则

cos f n l R R R ψ-=，l R 为条带场景的幅度，

ψ为天线波束射线的下视角（图4.9）。由于天线仰角波束宽度为/W λ，W 为仰角波束宽度，因此条带幅度/sin l R R W λψ=。由此可得/tan f n R R R W λψ-=。如果发射脉宽与()f n R R -所对应的时间小得多，则不发生距离模糊的条件为2()/2/R f n T R R C R W C

λψ≥-=，即雷达的最高重复频率RH f 为 tan 2RH WC f R ψλ

= （4.11） 合并（4.10）式和（4.11）式，得

4tan RL RH R f V R f A C λψ

= （4.12） 式中R A DW =，为天线面积，即天线面积与其它参数有下列关系

4tan RH R RL f V R A f C λψ

== （4.13） 比值/RH RL f f 一定大于1，将/R H R L

f f 取为1时为方位和距离模糊均不发生时所必须的天线最小面积MIN A 为

MIN 4tan V R A C λψ

= （4.14） 上式表明，当场景距离远，载体速度高时，天线最小面积将受到较大限制。因此，在机载合成孔径雷达这一要求容易满足，我们讨论这一问题的目的是明确重复频率的原则。而天线合成孔径雷达就不一样了，卫星的速度高、距离远，以一般的低轨卫星为例，设7000V =米/秒，1000R =公里，对0.2λ=米的雷达，

若45ψ= ，则M I N 18.7A =平方米。因此，天线合成孔径雷达一般都采用孔径面积大的天线。还应当指出的是在（4.14）式的推导过程中过于临界，实际上比值/RH RL f f 十分接近1是不好的，应取大一些的数值。

4.5.2 系统脉冲响应

合成孔径雷达由于孔径很大，相当于非远场工作，其系统响应是空变的，但通过一定的变换和处理，可使其响应函数成为非空变的。对于非空变的线性系统，系统脉冲响应函数可以充分表示它的特性。这一小节我们重点讨论它。

合成孔径雷达的处理主要是进行二维脉冲压缩――距离维脉冲压缩和横向距离（方位）维脉冲压缩，而对脉压系统，其响应的主要指标是主瓣宽度的旁瓣结构。

对脉压系统，主瓣宽度主要决定于信号频带及为降低旁瓣所作的幅度加权，发射信号的频带f ?是预先确定的，对于幅度不加权的脉冲（含线性调频信号），经匹配滤波脉压后的输出脉冲宽度等于1/f ?，但旁瓣电平最高达-13.6dB 。为了降低旁瓣通常作幅度加权，例如5n =d 的泰勒加权，可使最高旁瓣电平降低到-35dB 。但主瓣宽度会展宽1. 倍。

横向距离（方位）压缩的主瓣宽度主要决定于回波慢时间的多普勒带宽。慢时间回波的包络不是矩形的，它受实际天线双程波束调制，一般将3dB 带宽外的信号由于信噪比不高而加以截除，同时对留下的主要部分作幅度加权，以降低旁瓣，它的主瓣宽度也要相应展宽。

造成主瓣展宽的原因不仅是幅度加权，系统响应的特性误差也有影响，特别是决定横向分辨的慢时间回波是很难做到十分稳定的，载机的扰动和颠簸使系统特性失真。对系统的频率特性来说，低频响应影响主瓣，而高频响应影响旁瓣结构。对主瓣影响最大的是低次相位误差，其中一次线性相位误差，主要影响成像点的位置，造成几何失真；二次相位误差对主瓣形状的影响最大，它会使主瓣展宽。计算表明，若信号时间两端因二次相位畸变造成的相位差达 ，则主瓣增宽 倍；若该相位差达 ，则主瓣增宽 倍。因此，实际脉压宽度主要考虑这两方面的影响，总的增宽为两个倍数相乘（近似为两个尾数相加）。

旁瓣的影响严格地说是二维的，应在二维平面考虑。不过系统一般是二维可

分离的，例如波数

函数可写成 ()=y x K K G ,()()y y x x K G K G ，可以分别通过傅氏

变换转换到像域，

它仍然是二维可分

离的。两个坐标正

交的脉压函数相乘

后得到的二维脉冲响应函数如图4.10所示，其中Y 和X 轴的截面即距离和横向距离的脉冲响应，这两个轴上旁瓣较高，称为旁瓣主轴方向，而平面的其它部分称为中间区，其旁瓣值为相应两主轴旁瓣的乘积，它们的数值是很小的。

上面是系统为理想时的情况，系统特性误差的影响又如何呢？合成孔径雷达有它的特点，距离旁瓣结构受实际雷达接收系统的影响，它和载机运动的慢时间基本上没有关系；而横向距离旁瓣结构受载机运动扰动的影响，它对雷达接收特性也基本没有影响。也是说，由于系统高频特性误差影响的旁瓣结构也基本上是二维可分离的，它们会使两主轴上的旁瓣电平有所提高，但在脉冲响应二维平面里，主轴旁瓣电平远高于中间区这一事实是不会改变的。

系统衰减产生的旁瓣结构，一般是无规律的杂乱旁瓣。实际上，有规律的误差，如载机机身作正弦摆动，从而使慢时间回波相位或振幅出现附加的尖峰旁瓣。这时应找到误差根源加以补偿。

另一问题需作一些补充，对回波信号作快时间或慢时间采样，其采样率均基于不发生频谱混迭，例如在一个距离单元长度采样1到1.5次。图4.11（a ）是对一脉冲响应函数采样，所得离散值的形状与原包络相比相去甚远，这会影响图像的质量。为了使采样离散值的形状接近于原包络，应作插值处理。简单的插值方法是在谱域加0以增长谱域数据，再变换到像域得到间隔较密的离散值图4.11（b ）是加 倍0的例子。

图4.10 二维系统脉冲响应函数

a）（b）

图4.11

旁瓣电平过高在一般雷达里是产生虚假目标，因强点目标的旁瓣电平可能和弱目标相比拟，这在合成孔径雷达里同样存在，主要考虑峰值旁瓣。由于在一般雷达里已经讨论过，这里不再重复。

合成孔径雷达是以获取场景的清晰图像为主要目的，它不像一般雷达那样通过动目标检测处理滤除固定杂波，集中精力观测少数动目标（也可能包含虚警），而是将所有杂波作为需要的“目标”全部显示出来。这时考虑附近目标旁瓣的影响就不是孤立的点目标，而是周围一定区域里的散射点回波。因此，这时应考虑积分旁瓣。积分旁瓣的定义是所有能够混迭过来的旁瓣能量和与主瓣能力之比。前面提到，在二维系统响应平面里，主轴旁瓣比中间区旁瓣大得多，只要考虑两个主轴旁瓣就可以了。因此，积分旁瓣可以将距离维和横向距离维分开来分析。

从上述可知，对某观测点有影响的主要是两个主轴方向一定区域内所有散射点的旁瓣，即统计意义上的积分旁瓣。积分旁瓣主要影响图像中回波特弱的区域，图4.12（a）为不考试积分旁瓣时的，设中间一段为无回波区只有接收机噪声，图（b）表示周围区域积分旁瓣渗入的情况。积分噪声是乘性噪声，它随主瓣强度增加而加大的，当无回波区周围杂波很强时，所渗透过来的积分旁瓣噪声常强于接收机噪声。有关乘性噪声的问题在下一小节里还要讨论。

（a）（b）

图4.12说明积分旁瓣的影响

4.5.3噪声

合成孔径雷达的噪声会影响图像的清晰度，需要考虑的噪声有加性噪声和乘性噪声，加性噪声主要是接收机内部噪声，它与一般雷达相同，这里不再重复。乘性噪声除上一小节讨论过的积分旁瓣外，还有因方位和（或）距离模糊混迭效应产生的噪声，以及信号数字化过程中A/D变换器截尾和饱和，与运算器截尾产生的量化噪声。

前面已经提到，雷达重复频率应适当，以免出现方位或距离模糊，但那里是针对波束主瓣3dB波束宽度而言的，如果考虑波束主瓣边沿以及旁瓣，波束覆盖范围要宽得多，即在慢时间域有宽得多的普勒频带。同样原因，仰角上方的主瓣波沿和旁瓣会使接收到的杂波距离延伸很多，以至于下一周期的主回波相混迭。当然，这些混迭过来的旁瓣分量的回波要比主瓣回波弱很多，但它们还是可能形成对图像质量有影响的噪声。这种噪声的强度随主杂波电平而改变，也属于乘性噪声。

信号处理器的采样率也有类似问题，奈奎斯特采样常依据信号的主频带，其边沿部分，特别对高频拖尾的信号采样会有混迭。滤波特性通带不方整和旁瓣过高也会引入相邻杂波分量。

另一类乘性噪声是数字化和运算过程中产生的量化噪声。运算器有一定的字长，在运算过程会产生截尾噪声，由于一般采用浮点运算，截尾声噪声为乘性噪声。A/D变换器有量化噪声和饱和噪声，雷达接收机有自动增益控制，将输入到A/D变换的杂波调整在最佳电平，使量化噪声与饱和噪声之和最小，因此它也属于乘性噪声。当杂波为高斯分布、且接收增益调整到最佳电平时，量化噪声比量化的数字位数有关，为每一位-5dB[]。例如，A/D变换为6位，则量化噪声比为-30dB。

乘性噪声的大小都以噪声和信号强度的比值来表示，称为乘性噪声比（MNR），例如积分旁瓣比（ISLR），模糊噪声比（AMBR）和量化噪声比（QNR）。总的乘性噪声比等于

MNR=ISLR+AMBR+QNR（4.15）对图像中的某一区域来说，量化噪声是当地杂波产生的，积分旁瓣是邻域杂波产生的，而模糊噪声是远处杂波混迭过来的。不管这些噪声来自何处，它们混合成一个与原图像完全不同的图像而成为干扰。而影响图像的清晰度，还可能在原图像回波特弱的区域（如湖面、空阔广场）里产生虚假目标。为此，应对合成孔径雷达的各部分提出要求，使总的乘性噪声比低于一定电平。表4.1是一个典型例子。

表4.1系统的乘性噪声比

噪声来源工作状况局部乘性噪声比

距离向孔径效应-35dB；n=5泰勒权-27.4dB

方位向孔径效应-35dB；n=5泰勒权-27.4dB

距离向宽带相位误差0.03 rad（RMS）-30.4dB

方位向宽带相位误差0.07 rad（RMS）-23.1dB

距离向宽带相对幅度误差5%（RMS）-26.0dB

方位向宽带相对幅度误差4%（RMS）-28.0dB

量化噪声A/D变换器

数字运算器

6 bits

32 bit浮点

-30.0dB

-60.0dB

距离模糊PRF按仰角方向图正确选择-50.0dB

方位模糊PRF按方位方向图正确选择-30.0dB

处理模糊滤波和采样-40.0dB

总乘性噪声比-18.2dB

表4.1表明，乘性噪声比中的一些主要分量滤波的旁瓣特性外，系统衰减的影响不可忽视，而后者在实际里是更难控制的。

此外，合成孔径雷达里还有一种乘性噪声，称为“相干斑”噪声。这种噪声的形成原理与一般雷达里的复杂目标“闪烁”现象相类似。合成孔径雷达的一个分辨单元用一个强度值表示，实际上，虽然分辨单元不大，它里面通常还是存在多个散射点，单元的回波为各个散射点子回波的向量和。因此，单元总的回波强度与雷达的视角有关，视角改变会使子回波间的相位关系发生变化。在少数场合，

使多数子回波基本同相相加，从而出现了特大尖峰。即使是平坦的农田或沙滩，在合成孔径雷达图像里，也会出现一些点状亮斑，通称“相干斑”。相干斑是由于相干合成产生的，在光学图像里就不存在这种斑点。抑制相干斑最直接的方法是采取多视处理，即将波束分成几个子波束，对每个子波束录取的数据单独成像，利用各子波束视角的微小差别，这些差别对场景基本没有影响，但改变了分辨单元内各散射点子回波之间的相位关系（因为雷达波长通常比分辨单元小得多，小的视角变化可使子回波间的相位差发生大的变化），使同一分辨单元的回波强度值发生变化。将各子波束所得图像作非相干相加，会对强度起伏的背景起到平均作用，使相干斑得到抑制。一般情况下，用“四视”平均可使相干斑明显减弱。需要指出的是这种抑制相干斑的方法是以牺牲横向分辨率为代价的，“四视”工作将使横向分辨率降低到原来的四分之一。

针对相干斑噪声的特点，在图像后处理也有一些有效的去噪方法。这已经不属于本书范围，这里不再讨论。

合成孔径雷达概述(SAR)

合成孔径雷达概述 1合成孔径雷达简介 (2) 1.1 合成孔径雷达的概念 (2) 1.2 合成孔径雷达的分类 (3) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4) 2合成孔径雷达的发展历史 (5) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (9) 2.2 我国的发展概况 (11) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (11) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (12) 2.2.2.1 电子科技大学 (12) 2.2.2.2 中科院电子所 (12) 2.2.2.3 国防科技大学 (13) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (13) 3 合成孔径雷达的应用 (13) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (14) 4.1 多参数SAR系统 (15) 4.2 聚束SAR (15) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (16) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (16) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17) 4.6 性能技术指标不断提高 (17) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19) 5 与SAR相关技术的研究动态 (20) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (22) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25) 5.5 SAR图像变化检测方法 (27) 5.6 干涉合成孔径雷达 (31) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)

雷达成像技术(保铮word版)第四章 合成孔径雷达

第四章 合成孔径雷达 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar ，简称SAR ）是成像雷达中应用最 多，也是本书讨论的重点。在前几章对雷达如何获取高的距离分辨率和横向分辨 的基础上，从本章开始用三章的篇幅对合成孔径雷达作较详细的讨论。 首先，结合工程实际介绍合成孔径雷达的原理。在前面的讨论中已经提到， 根据不同的要求，成像算法（特别是横向成像算法）有许多种，本章只介绍最简 单的距离-多普勒算法的原理，目的是由此联系到对合成孔径雷达系统的要求以 及工程实现方面的问题。 合成孔径雷达通常以场景作为观测对象，它与一般雷达有较大不同，我们将 在本章讨论合成孔径雷达有别于一般雷达的一些技术性能和参数。 4.1 条带式合成孔径雷达成像算法的基本原理 4.1所示，设X 轴为场景的中心 线，Q 为线上的某一点目标，载机以 高度H 平行于中心线飞行，离中心线 的最近距离B R 为 B R = （4.1） 当载机位于A 点时，它与Q 点的斜距 为 R = （4.2） 式中t X 为点目标Q 的横坐标。 当分析中心线上各个点目标的回波状况及成像算法时，可以在包括场景中心 线（即X 轴）和载机航线的平面里进行。至于场景里中心线外的情况将在后面 说明，这里暂不讨论。 一般合成孔径雷达发射线性调频（LFM ）脉冲，由于载机运动使其到目标的 距离发生变化，任一点目标回波在慢时间域也近似为线性调频，而且包络时延也 几何示意图

随距离变化，即所谓距离徙动。合成孔径雷达成像算法的任务是从载机运动录取得到的快、慢时间域的回波数据，重建场景图像，它是二维匹配滤波问题。 严格考虑距离徙动的成像算法比较复杂，在实际应用中，一般均根据情况采用一些较简单的算法，这些将在第五章里系统介绍。在这里我们主要讨论分辨率较低，距离徙动影响可以忽略的最简单的情况，这时可采用简易的距离-多普勒基本算法。 所谓距离徙动的影响可以忽略不计是指雷达波束扫过某点目标的相干处理时间里，目标斜距变化引起的距离徙动值小于距离分辨单元长度的1/4~1/8，即场景中心线上所有点目标的回波（距离压缩后的）在慢时间域里均位于同一个距离单元。当然，因斜距改变引起的二次型相位变化还是需要考虑的，即系统的脉冲响应函数应考虑二次型相位。这种情况下的成像算法是比较简单的，可将回波信号先在快时间域作脉压匹配滤波，然后再对快时间域的每一个距离单元分别沿慢时间作方位压缩的匹配处理，于是得到场景的二维图像。在上面的图4.1中，我们提出只对中心线上的目标进行讨论，场景的二维图像当然包括场景里中心线以外的目标，这将在下一节里说明。 脉压匹配滤波可以在时域用回波数据与系统函数作卷积处理，也可以在频域作乘积处理，由于乘积的运算量小，同时时频域之间的傅里叶变换有FFT快速算法，频域计算用得更多。此外，由于场景有一定宽度，比发射脉冲宽度宽不少，而沿慢时间录取的数据长度一般也比波束扫过一个点目标的相干积累时间长得多，即时域信号长度比系统匹配函数长得多，这里应将信号分段处理后再加以拼接。 4.2合成孔径雷达回波的多普勒特性 信号有时域表示和频域表示，一般情况直接获取的是时域信号，通过傅里叶变换得到它的频谱。合成孔径雷达信号也是如此，快时间表示的发射信号是在时域生成，而慢时间回波则为载机运动过程中回波的变化序列。通过傅里叶变换，可以得到快时间频谱（距离谱）和慢时间频谱（多普勒谱或方位谱）。 合成孔径雷达信号有它的特殊性，它的回波为众多点目标回波的线性组合，而对一个点目标来说，其快、慢时间回波均为（或近似为）线性调频信号。对于

光学合成孔径成像技术简介

光学合成孔径成像技术简介 机械电子工程 201028013919088 李 鹏 一.光学合成孔径成像的研究意义 高分辨率目标成像对航天遥感和军事应用有着重要意义,根据波动光学理论,传统光学成像系统角分辨率为[1]： 1.22/D θλ= 分辨率受波长和光学系统口径的限制。对于一定的工作波段,若要提高系统的角分辨率，则只能增大系统口径。而在实际应用中很多因素限制了系统孔径的增大。高分辨率成像需要长焦距、大口径光学系统，但其成本高、材料制备困难、制造技术难度大，这些因素制约着大口径光学系统的发展。于上世纪70年代提出的多孔径成像技术为提高分辨率提供了新的方法。如何用小口径系统来达到单个大望远镜的分辨本领，就是多孔径成像的目的。与传统的光学系统相比，多孔径成像技术具有如下特征和优点[2]：①降低了光学元件的加工制造难度；②光学元件体积小，重量轻，系统可以设计成为折叠式，有利于减小发射体积和重量，节约发射费用；③系统设计和组装灵活多变，特别适用于各种空间光学系统。为了提高成像系统的分辨率，光学多孔径成像技术从无到有，逐步发展壮大，可以肯定地说，随着技术的发展，多孔径成像技术将被应用到更多的成像领域。 二. 光学合成孔径成像原理 1.光学成像原理分类[3] 光学成像原理可分为三大类，一类是几何光学、像差理论成像原理，通常的光学系统设计按此理论基础进行的；一类是衍射成像原理，它以波动光学的衍射理论为基础，结合通信理论中线性系统的方法，把成像系统视为空不变的线性系统，成像系统的特性用相干传递函数(相干照明)或光学传递函数(非相干照明)来描述，衍射成像原理在像质定量评价和成像系统分辨率的研究以及实现高分辨率成像等方面起了重要的作用；另一类成像理论是干涉成像原理，它认为成像过程本质上是干涉过程，像面上任何一点的光扰动必然是出瞳上各点光扰动贡献的

真实和合成孔径雷达

Real and Synthetic Aperture Radar
Real Aperture Radar (RAR) flight direction
azimuth Synthetic Aperture Radar (SAR) flight direction
azimuth
1

Spatial Resolution (1)
2

距离分辨率 与真实孔径雷达距离向分辨率相同。但由于真实孔径 机载雷达一般用短脉冲来实现距离向分辨率，而合成孔 径雷达通常用带宽（脉冲频率的变化范围）为B的线性调 频脉冲来实现作用距离向的良好分辨率。
δr =
1 c cτ = 2 2B
Spatial Resolution (2)
For Real Aperture Radar (Side-looking Radar)
razimuth ?
λR
l cτ 2 sin θ
rground ? range =
For Synthetic Aperture Radar (SAR)
razimuth ?
l 2 c 2 B sin θ
rground ?range =
3

Rr =
τc
2 cos γ
=
ground Range resolution
pulse length × speed of light 2 cos ( depression angle )
Range Resolution (2)
4

合成孔径雷达成像自聚焦算法的比较

合成孔径雷达成像自聚焦算法的比较 【摘要】本文简要地分析和比较两类合成孔径雷达自聚焦算法的特点，并通过多点目标自聚焦成像对其进行验证，表明结论可靠。 【关键词】自聚焦算法；多点目标；孔径雷达 0 引言 SAR自聚焦算法的任务是首先要对经过处理后的未补偿的SAR信号进行相位误差估计，然后消除其相位误差。SAR自聚焦算法就其本质而言是一个二维估计问题，在公式（2）中的相位误差既是空变的又是不可分离的乘性噪声的事实使问题变得极为棘手。影响成像的几何线性，分辨率、图像对比度和信噪比的主要因素取决于相位误差的性质和大小，基于处理孔径上相位误差形式，表1给出两大类相位误差及其每一类对SAR成像的一般影响。 表1 相位误差的分类 1 几种实用的自聚焦算法的比较 一般来说，自聚焦算法可以划分为两类：基于模式算法和非参数算法。基于模式的自聚焦算法估计相位误差的模式展开系数。低阶模自聚焦仅能估计二阶相位误差，而更复杂的方法还可以估计高阶多项式相位误差。子孔径相关法（MD）和多孔经相关法（MAM）是针对低频相位误差补偿提出的基模自聚焦算法的范例。基于模式算法虽然执行起来相对简单而且算法高效。不过只能相位误差被正确估计的情况下才能保证这样的优越性。 第二类自聚焦算法，即非参数自聚焦算法，典型的有相位梯度自聚焦算法，基于最小熵准则和最大对比度准则的自聚焦方法，这些方法都不需要相位误差的先验知识。特别地，相位梯度自聚焦算法几种改进的算法。其中特征向量法是在PGA框架下运用了极大似然算子取代了原始的相位差算子核，改进的相位梯度自聚焦算法的策略通过选择一组高质量的目标以提供非迭代的PGA解。另一种方法是运用加权最小二乘法以实现相位误差最小化的PGA。适用范围扩大，计算高效。 在一些SAR应用中，相位误差显著依赖位置，空变的自聚焦的常用的方法是将大场景分成更小的子图像，每个子图像的误差近似不变的，因此，传统的空间不变的自聚焦程序可以应用到每个子图像。当重新聚焦时，个别的子图像拼接或镶嵌在一起产生完整的场景图像聚焦图像。 2 性能评价标准 第一个测试是检查在方位域一维的点目标响应。聚焦质量质量指标包括3dB

合成孔径聚焦超声成像方法研究

1引言 对于一个传统的阵列换能器超声成像系统来说，系统的方位分辨率是由换能器的长度和工作波长决定的，要提高系统的方位分辨率，通常只有两种途径：采用大孔径换能器或应用高的工作频率。但是在很多介质中，随着频率的升高，声波的传播损耗越来越大，其穿透深度越来越小，因此高方位分辨率和大的探测范围就构成了一对矛盾[1]。 从合成孔径雷达技术发展过来的合成孔径聚集成像方法突破了以上超声成像系统方位分辨率的经典概念。根据理论分析，合成孔径超声成像系统的方位分辨率是换能器基元尺寸的一半，基元换能器孔径d 越小，方位分辨率越高。由此可见，采用合成孔径技术能带来的好处是可以用小孔径的实际基元换能器和较低的工作频率，对位于远处的目标物作具有高方位分辨率的探测、 观察。该技术突破了经典概念的限制，解决了直接成像技术中对系统设计参数的一些互相矛盾的要求。 本文对合成孔径聚集技术（SAFT ）进行了研究，根据换能器阵列的声场辐射理论对成像进行了建模，并利用MAT －LAB 对模型进行了数值仿真，分析了影响成像质量的参数，最后利用超声成像实验系统对标准试块进行了成像实验，实验结果表明，采用合成孔径成像方法能够有效地提高成像的方位分辨率。 2合成孔径聚焦成像原理 合成孔径聚焦成像的扫描方式如图1所示，换能器阵 列中的基元换能器依次向成像区域发送脉冲信号，并接收和储存检测信号，直到扫描完成[2]。 图1合成孔径成像扫描方式 图1中换能器阵元数为N ，阵元间距为d ，发射孔径距孔径中心的间距为x n ，成像点与扫面线垂直的平面偏转角为θ，成像点距孔径中心距离为r ， 距发射孔径为r n 。N 阵元的合成孔径延时叠加的表示式为： 式中：c 为波速；τn 可以近似表示为。 假设发射信号采用高斯信号，表达式如下式所示： 式中：A 为发射系数，f 0为换能器基频。 接收信号的表达式如下所示： 式中： τn 为接收延迟；K 为接收系数，按照高斯分布来确定，τn 的计算按前述。 合成孔径聚焦超声成像方法研究 杜英华，张聪颖，陈世利，孙芳，刘婧，靳世久 (天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072) 摘 要：合成孔径聚焦成像方法（SAFT ）具有分辨率高、能在近场区工作的优点，是超声成像领域发展起来的新技 术。文中介绍了合成孔径超声成像的原理，根据换能器阵列的声场辐射理论建立了数学模型，利用MATLAB 对模型进行了数值仿真，最后进行了合成孔径超声成像实验。实验结果表明，合成孔径成像方法能够有效提高成像系统的分辨率。 关键词：SAFT ；合成孔径；超声成像中图分类号：TB56 文献标识码：B 文章编号：1003-2029（2010）02-0094-03 第29卷第2期2010年6月海洋技术 OCEAN TECHNOLOGY Vol.29，No.2June ，2010 收稿日期：2009-12-20 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目（60534050）。 作者简介：杜英华（1974-），女，河北人，博士，主要研究方向为精密 仪器及机械。

合成孔径雷达

合成孔径雷达（SAR） 合成孔径雷达产生的过程 为了形成一幅真实的图像增加两个关键参数：分辨率、识别能力。 合成孔径打开了无限分辨能力的道路 相干成像特性：以幅度和相位的形式收集信号的能力 相干成像的特性可以用来进行孔径合成 民用卫星接收系统SEASA T、SIR-A、SIR-B 美国军用卫星(LACROSSE) 欧洲民用卫星（ERS系列） 合成孔径雷达(SAR)是利用雷达与目标的相对运动将较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一个较大孔径的等效天线孔径的雷达。 特点：全天候、全天时、远距离、和高分辨率成像并且可以在不同频段不同极化下得到目标的高分辨率图像 SAR高分辨率成像的距离高分辨率和方位高分辨率 距离分辨率取决于信号带宽 方位高分辨率取决于载机与固定目标相对运动时产生的具有线性调频性质的多普勒信号带宽 相干斑噪声 机载合成孔径雷达是合成孔径雷达的一种 极化：当一个平面将空间划分为各向同性和半无限的两个均匀介质，我们就可以定义一个电磁波的入射平面，用波矢量K来表征：该平面包含矢量K以及划分这两种介质的平面法线垂直极化（V）：无线电波的振动方向是垂直方向与水平极化（H）：无线电波的振动方向是水平方向 TE波：电场E与入射面垂直

TH波：电场E属于入射平面 合成孔径雷达的应用 军事上、地质和矿物资源勘探、地形测绘和制图学、海洋应用、水资源、农业和林业 合成孔径雷达在军事领域的应用：战略应用、战术应用、特种应用。 SAR系统的几个发展趋势：多波段、多极化、多视角、多模式、多平台、高分辨率成像、实时成像。 SAR图像相干斑抑制的研究现状 分类：成像时进行多视处理、成像后进行滤波 多视处理就是对同一目标生成多幅独立的像，然后进行平均。 这是最早提出的相干斑噪声去除的方法，这种技术以牺牲空间分辨率为代价来获取对斑点的抑制 成像后的滤波技术成为SAR图像相干噪声抑制技术发展的主流 均值滤波、中值滤波、维纳滤波用来滤去相干斑噪声，这种滤波方法能够在一定程度上减小相干斑噪声的方差 合成孔径雷达理论概述 合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，高分辨率包含两个方面的含义：方位向的高分辨率和距离向高分辨率。它通过采用合成孔径原理提高雷达的方位分辨率，并依靠脉冲压缩技术提高距离分辨率 由于SAR雷达发射信号（距离向信号）和合成孔径信号（方位信号）均具有线性调频性质，SAR成像的实质就是通过匹配滤波器对距离向和方位向具有线性调频信号的信号进行二维脉冲压缩的过程，也就是依靠脉冲压缩技术提高距离分辨率，通过合成孔径原理提高雷达的方位分辨率的过程 SAR成像处理是先利用距离向匹配滤波器，进行距离脉压，实现距离向高分辨率后，再通过方位向德匹配滤波，最终得到原始目标的高分辨图像。

合成孔径雷达成像

合成孔径雷达第一次作业 姓名：xxx 学号：xxx 一题目： 1.LFM信号分析：（1）仿真LFM信号；（2）观察不同TBP的LFM信号的频谱。（3）观察不同过采样率下的DFT结果，注意频谱混叠情况。 2.脉冲压缩仿真：针对“基带LFM信号”:（1）实现无误差的脉冲压缩；（2）通过频域补0实现时域十倍以上的过采样率，得到光滑的时域波形，通过观察给出指标（IRW,PSLR）；（3）阅读资料，按照公式实现3阶（-20dB）,6阶（-40 dB）泰勒加权，观察加窗效果，分析指标（IRW,PSLR），并对比MATLAB TAYLORWIN 函数的一致性；（4）在3阶泰勒加权下实现15.30.45.60.90.135度QPE下的脉冲压缩，显示输出波形，观察记录QPE的影响。 3.一维距离向仿真:（1）输入参数：目标参数：RCS=1，分别位于10km,11km,11km+3m,11km+50m处。LFM信号参数：中心频率1.0GHz,脉冲宽度30us,带宽30MHz。 （2）输出：设计采样波门，仿真回波，完成脉冲压缩，检测各峰值位置，判断每个目标是否得以分辨，分析各出现在相应位置及幅度的原因。 二题目分析与解答： 1.问题分析：由基础知识知，决定LFM信号的主要参数有中心频率fc(此处仿真取fc=0)，带宽B，脉冲宽度Tp, 调频斜率K，其中K=B/Tp。对LFM信号进行傅里叶变换时，不同的时宽带宽积（TBP）会对频谱有不同的影响。 主要程序段(源程序见附件)： %参数设置 Tp=5e-6; B=10e6; K=B/Tp；Fs=2*B; Ts=1/Fs; N=Tp/Ts; TBP=Tp*B %波形产生 t=linspace(-Tp/2,Tp/2,N); St=exp(j*pi*K*t.^2); Phase=pi*K*t.^2; Fre=2*pi*K*t; f=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); figure(2) plot(f*1e-6,fftshift(abs(fft(St))),'k'); xlabel('Frequency/MHz'); ylabel('Magnitude'); title('Frequence Response'); legend('TBP=50') fft_St=fftshift(abs(fft(St)));

合成孔径雷达成像几何机理分析及处理方法研究

合成孔径雷达成像几何机理分析及处理方法研究合成孔径雷达作为二十世纪出现的尖端对地观测技术,由于它具有全天时、全天候的成像能力并能穿透一些地物,在土地覆盖制图、生态和农业、固体地球科学、水文、海冰等众多领域有着广泛的应用。随着未来更高分辨率、多极化、多波段、更优化的干涉测量设计的SAR系统的出现,合成孔径雷达遥感技术将会在更多的领域扮演更重要的角色。 合成孔径雷达遥感技术在我国有着极大的潜在应用市场,对于某些特殊问题的解决,例如西部困难地区的地形图测绘及南方阴雨地区地形图的快速更新,它甚至是唯一可行的解决之道。由于有关几何处理、辐射定标等基础问题没有很好地解决,影响了这一技术在我国的大规模应用及产业化进程。 本文致力于解决SAR影像的几何问题及与地形有关的辐射问题,对合成孔径雷达图像的几何特性作了系统深入的研究,以对构像方程的分析及推导为中心,研究并解决了包括地理编码、目标定位、影像模拟、利用控制点进行空间轨道精确重建、地形辐射影响的消除等一系列问题。为了加强对合成孔径雷达图像的理解,首先对合成孔径雷达成像的技术本质从数学上进行了简明阐述。 从信号处理的角度,分析了脉冲压缩的工作原理,解释了匹配滤波器的构造。分析了多普勒频率的特征及其作用。 从理论上推导了SAR距离向和方位向分辨率所能达到的极限值,并且指出了他们在实际中的限制。从系统的角度,分析了SAR距离向和方位向模糊度的限制。 构像方程是所有几何处理的基础。为推导了SAR构像方程,在定量分析了地球摄动力对卫星轨道影响的基础上,提出了一套改进的SAR轨道参数模型,与国外已有的模型相比,该模型更加简洁而且具有极高的精度。

合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真(附件带代码程序)

合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真(附件带代码程序) 合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真 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，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2.1。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。 图2.1：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： (2.1) 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： (2.2) 就表示任意时刻时，目标与雷达的斜距。一般情况下，，于是2.2式可近似写为： (2.3) 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。

合成孔径雷达概述

合成孔径雷达概述 蔡 Beautyhappy521@https://www.wendangku.net/doc/0216632353.html, 二OO八年三月二十三

1合成孔径雷达简介 (3) 1.1 合成孔径雷达的概念 (3) 1.2 合成孔径雷达的分类 (4) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (5) 2合成孔径雷达的发展历史 (6) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (6) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (7) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (10) 2.2 我国的发展概况 (12) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (12) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (13) 2.2.2.1 电子科技大学 (13) 2.2.2.2 中科院电子所 (13) 2.2.2.3 国防科技大学 (14) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (14) 3 合成孔径雷达的应用 (14) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (15) 4.1 多参数SAR系统 (16) 4.2 聚束SAR (16) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (17) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (17) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (18) 4.6 性能技术指标不断提高 (18) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (19) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (19) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (19) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (20) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (20) 5 与SAR相关技术的研究动态 (21) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (21) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (21) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (23) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (26) 5.5 SAR图像变化检测方法 (28) 5.6 干涉合成孔径雷达 (32) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (34) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (36) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (38) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (39) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (39)

合成孔径声纳技术的研究进展及未来_张春华

合成孔径声纳技术的研究进展及未来 张春华 刘纪元 （中国科学院声学研究所，北京 100080 ） The current developments and future of Synthetic Aperture Sonar Chunhua Zhang，Jiyuan Liu （Institute of Acoustics， Chinese Academy of Science Beijing 100080，China）Abstract: The background, principle, and applications of synthetic aperture sonar are presented in the paper. Current status of international developments is described and special attentions are paid to SAS study in China. Moreover, the future of Synthetic Aperture Sonar is discussed. Keywords：imaging Sonar, Synthetic Aperture Sonar, image reconstruction 关键词：声纳成像，合成孔径声纳，图像重建 1. 合成孔径声纳的产生背景 合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar, 简称SA S）的原理研究从二十世纪六十年代 开始。美国Raytheon公司于1967年提出关于SAS可行性的报告，Walsh于1969年申请了第一个SAS专利。但当时主流观点认为有两个因素使得水下成像不适合合成孔径处理，这种观点在一段时间内对SAS的发展带来了消极影响。第一个因素是水声信道，特别是浅海水声环境条件不理想，同空气中电磁波工作环境相比，是更为“敌意”的媒质，回波信号的相干性能否支持合成孔径处理是个问题。另一个因素是声波传播速度比电磁波慢得多，大大限制了装载SAS的载体的运动速度，进而影响载体的稳定性，并限制了测绘速率的提高。 Williams于1976年、Christoff等人于1982年、Gough和Hayes等人于1989年进行 了一系列水声环境实验，结果表明，水声信道的影响并不像预想的那么严重，尽管水声信道是时变的，SAS回波信号在较短时间内仍具有较好的相干性，水声信号的相干性一般能够满足合成孔径成像要求。声传播速度慢导致信号空间采样率低和限制SAS载体运动速度等问题也可以通过多子阵的办法来弥补。 合成孔径成像在雷达（SAR）领域取得的成功，推动了合成孔径声纳技术的发展。由于 合成孔径成像的相似性，SAS可借鉴SAR中的技术成果，SAR中的成像算法可用在SAS中。 受SAR成功的鼓舞，一些国家自80年代以来进行了较多的水声环境和合成孔径声纳成像试验，并开始研制原理样机。目前国际上已经出现多个SAS实验样机系统。面向商用实用设备也已经出现。 六十至七十年代发表的少量SAS研究方面的文章，主要是探讨SAS基本原理[1][2]。八十年代SAS研究方面的文献也较少，主要集中在信号处理方法[3][4]、水声相干性测量[5][6]、及SAS原理样机[7][8] 的等方面。进入九十年代，SAS研究开始活跃起来，有大量的文章发表。IEEE Oceanic Engineering 1992年第1期出版了SAS专辑, IEE Proceedings-Radar, Sonar and Navigation 1996第3期也出版了合成孔径成像专辑，内容涉及SAS系统设计和成像算法等方面。此外，每年的IEEE Conference on Ocean都有SAS文章发表，美国声学 会议、欧洲水声会议、欧洲水下防务会议等也常有SAS文章出现。九十年代文献中涉及较多的是SAS信号处理、SAS系统设计、SAS实验结果，SAS在猎雷等方面的应用等。水声环境对成像的影响也比七十和八十年代相干性研究更深化，并有专门的国际会议［9］讨论水声环境对SAS成像质量影响。

超声合成孔径原理

超声合成孔径原理, 合成孔径聚焦的基本原理可描述如下：传感器以一定步长沿线性孔径轨迹移动，在轨迹上的孔径位置向成像区域发射脉冲信号，并接收和储存检测信号，然后下一孔径位置进行相同的发射、接收和储存，直达扫描完成；接着按照重建点对相应孔径检测号的回波做时延调整、信号叠加和平均等处理，实现逐点聚焦，最终重建整个成像区域的信号反射图。 超声合成孔径技术主要应用于阵列换能器，通过合成阵列中各个换能器接收到的回波以得到高分辨率与信噪比的图像。目前超声合成孔径成像中应用最为广泛的是时延叠加算法。 1 孔径尺寸与分辨率的关系 超声波传播是随距离发散的，因此合成孔径技术要实现侧向分辨率的提高，需采用聚焦的方法。与传统的声透镜聚焦和采用凹面换能器聚焦不同，合成孔径聚焦是采用电子聚焦的方法，即通过变换各个换能器通道的相位（或改变时间）来实现聚焦。设聚焦半径为R，则焦点处的波束宽度，即侧向分辨率可表示为： 其中，D 为换能器的发射孔径（上式的结果为理想结果，没有考虑换能器的波束指向性）。因此，在聚焦距离和换能器频率固定的条件下，提高侧向分辨率的方法是增大换能器发射孔径。 2 时延-叠加算法 为了提高超声成像的侧向分辨率，超声成像系统采用规模较大的换能器阵以得到较大的孔径，如图2-5 所示，图中以5 个换能器阵列作为示例。 在成像过程中，孔径阵列将在组织体内产生一个聚焦点。由于超声波的扩散性，来自聚焦点位置以外的、其它目标的散射回波也会叠加到聚焦点产生的回波中，进而对处于聚焦位置的目标的分辨率和信噪比产生影响。但由于换能器为扫描成像，扫描过程中处于空间的不同位置，使得同一目标反射的脉冲回波在接收时发生延迟。根据以上特点，由焦点所处的位置，对各个换能器通道设定不同的延迟形式，在叠加时使焦点处产生的回

合成孔径雷达干涉测量概述

合成孔径雷达干涉测量（InSAR）简述 摘要：本文主要介绍了合成孔径雷达干涉测量技术的发展简史、基本原理、及其3种基本模式，并且对其数据处理的基本步骤进行了概述。最后，还讲述合成孔径雷达干涉测量的主要应用，并对其未来发展进行了展望。 关键字：合成孔径雷达合成孔径雷达干涉测量微波遥感影像 1.发展简史 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种高分辨率的二维成像雷达。它作为一种全新的对地观测技术，近20年来获得了巨大的发展，现已逐渐成为一种不可缺少的遥感手段。与传统的可见光、红外遥感技术相比，SAR 具有许多优越性，它属于微波遥感的范畴，可以穿透云层和甚至在一定程度上穿透雨区，而且具有不依赖于太阳作为照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能力，这是其它任何遥感手段所不能比拟的；微波遥感还能在一定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的某些新信息。随着SAR 遥感技术的不断发展与完善，它已经被成功应用于地质、水文、海洋、测绘、环境监测、农业、林业、气象、军事等领域。 L. C. Graham 于1974 年最先提出了合成孔径雷达干涉测量（InSAR ）三维成像的概念，并用于金星测量和月球观察。后来Zebker、G. Fornaro及A. Pepe 等做出了进一步的研究,以解决InSAR 处理系统中有关基线估计、SAR 图像配准、相位解缠及DEM 生成等方面的问题。自1991 年7 月欧空局发射载有C 波段SAR 的卫星ERS- 1 以来，极大地促进了有关星载SAR 的InSAR 技术研究与应用。由于有了优质易得的InSAR 数据源，大批欧洲研究者加入到这个领域，亚洲（主要是日本）的一些研究者也开展了这方面的研究。日本于1992 年2 月发射了JERS- 1，加拿大于1995 年初发射了RADARSAT，特别是1995 年ERS- 2 发射后，ERS- 1 和ERS- 2 的串联运行极大地扩展了利用星载SAR 干涉的机会，为InSAR 技术的研究提供了数据保证。目前用于InSAR 技术研究的数据来源主要有:ERS- 1/2、SIR- C/X SAR、RADARSAT、JERS- 1、TOPSAR 和SEASAT 等。 1979年9月，我国自行研制的第一台合成孔径雷达原理样机在实验室完成，并在试飞中获得我国第一批SAR影像。1989年起国家科委设立了“合成孔径雷达遥感应用实验研究项目”，拉开了大规模雷达遥感研究的帷幕。目前国内外许多部门和科研机构正积极从事着InSAR 技术机理及其应用的研究，已经取得了许多成果，InSAR 技术的前景日益看好。 2.InSAR的基本原理 InSAR 技术是一门根据复雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的技术。其基本思想是：利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像，获取同一区域的复雷达图像对，由于两副天线与地面某一目标之间的距离

线性调频连续波合成孔径雷达成像算法

第6卷 第3期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1．6，No．3 2008年6月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Jun．，2008 文章编号：1672-2892(2008)03-0167-05 线性调频连续波合成孔径雷达成像算法 杨 蒿，蔡竟业 (电子科技大学 通信与信息工程学院140教研室，四川 成都 610054) 摘 要：线性调频连续波(LFMCW)合成孔径雷达(SAR)因体积小，重量轻，成本相对低，成为 近来研究的热点。连续波SAR 的回波信号通常经过相干解调处理。针对其独特的应用背景和信号模 型，对现有的各种成像处理算法进行了讨论和比较，总结出其优缺点及应用范围。并对LFMCW- SAR 今后的发展提出了展望。 关键词：线性调频连续波；合成孔径雷达；成像算法 中图分类号：TN958 文献标识码：A Linear Frequency Modulated Continuous Wave-Synthetic Aperture Radar Imaging Algorithm YANG Hao，CAI Jing-ye (School of Communication and Information Engineering，UESTC，Chengdu Sichuan 610054，China ) Abstract：Linear Frequency Modulated Continuous Wave(LFMCW)-Synthetic Aperture Radar(SAR) has become a focus in recent researches，due to its compactness and low cost. This paper analyses and compares various imaging algorithms，based on the special application background and signal model derived from its dechirped raw data. Then the advantages，disadvtanges and application fields of the algorithms are presented. Future development of LFMCW SAR is prospected. Key words：Linear Frequency Modulated Continuous Wave；Synthetic Aperture Radar；imaging algorithm 目前机载对地观测受到越来越广泛的关注，其应用领域不仅涵盖搜索救援、区域监测、灾害监视与控制等民用方面，还包括小型无人机对地侦察等军事领域。合成孔径雷达与光电成像设备相比可以全天候、全天时工作，如在云雨雾等恶劣气候及夜晚条件下工作，而且具有实时大面积连续成像能率[1]。但是，传统的脉冲SAR 由于其设备复杂，体积大，重量重，成本相对较高等缺陷限制了其应用层面，特别是不能安装到小型飞机如直升机和无人机上完成一些紧急任务，也不适于低成本的民用项目[2]。因此，LFMCW ?SAR [3]以其紧凑、低耗、相对便宜且高分辨力的优点逐渐发展起来[4?10]。连续波SAR 概念自1988年被提出，并应用于飞机高度计之后，特别是连续波SAR 在发射能量一定的前提下，与脉冲SAR 相比拥有更低的发射功率，并且具有更好的隐蔽性，发射机也可以使用全固态设计，使得系统具备了高可靠性和较少维护的优点[11?14]。同时，连续波SAR 接收机前端通过相干混频处理得到差频信号，在成像带较窄的情况下，可以大大降低信号带宽，从而降低对信号高速采集与处理的需求。 本文描述了LFMCW ?SAR 的去调频信号模型，在该信号模型的基础上，讨论针对去调频信号的各种成像处理算法，对各种算法进行了比较总结，最后对未来LFMCW ?SAR 的发展进行了展望。 1 LFMCW ?SAR 的信号模型 LFMCW ?SAR 接收到的回波信号经去斜、下变频后可表示为： 2 022444(,;)exp (j )exp [j ()()]exp [j ()]c r r a r t r t c t c r k k S t t r C r t r r r r c c c λπππ=????? (1) 收稿日期：2007-11-22；修回日期：2008-01-08

合成孔径成像算法的并行实现

合成孔径成像算法的并行实现 并行化处理分析 与DAS等传统的超声内镜成像算法相比，SA算法成像质量好，图像分辨率高，但同时其运算过程也更为复杂，且需要对大量回波数据进行处理。如果采用传统的串行计算模式进行运算，那么该算法的实现过程将会非常耗时，系统的实时性无法保证。相控阵超声内镜发射系统由发射电路、选通电路及限幅电路三部分组成，其主要作用是通过脉冲激励、阵元选通，完成超声波信号的相控发射，实现对被测物体的合成孔径扫描。 该系统以FPGA为控制核心，其中，发射电路的主要作用是产生带有延时的高压激励脉冲；选通电路采用4块MAX4968芯片，通过电路复用的方式，实现激励脉冲的16路转64路阵元选通，以激励超声换能器阵元产生超声波；限幅电路通过并联限幅的方式将电压钳制在±0.7V的范围内，消除了高压激励脉冲对后端接收系统的影响，保证回波信号能够几乎无衰减的进行接收与传输因此，为了能够快速实现SA算法，本文基于CUDA并行计算平台对SA算法作如下并行化处理分析： 具体实现流程 本文采用“CPU+GPU”的联合编程模式。其软件架构为“MATLAB+CUDA”的混合编程架构。其中，CPU端主要使用MATLAB进行回波数据的读取及最终结果的显示；GPU端使用CUDA编程计算平台完成SA算法的并行化处理。 具体的实现流程如图4-5所示。首先，在CUDA中使用cudaMalloc()函数为待处理的回波数据分配全局内存；然后，通过调用cudaMemcpy()函数完成回波数据的传输，需要注意的是，在使用该函数时，要将最后一个参数设置为“cudaMemcpyHostToDevice”，以确保数据的传输方向是从CPU至GPU；通过使用两个核（kernel）函数，分别完成低分辨图像的求解和高分辨率图像的合成，其中，使用__shared__关键字为权值函数开辟共享内存；接下来，再次使用cudaMemcpy()函数，使处理后的结果自GPU传输至CPU，此时该函数的最后一个参数应设置为“cudaMemcpyDeviceToHost”；最后，释放显存空间，并在主机端对重构的高分辨率图像进行显示。 为了验证上述提出方法的可行性，本文基于Field II 软件对SA算法的并行实现过程进行了仿真验证。 Field II是一款由丹麦技术大学Jensen教授团队开发的仿真工具，专门应用

一种合成孔径雷达图像特征提取与目标识别的新方法

第30卷第3期电子与信息学报Vol.30No.3 2008年3月 Journal of Electronics & Information Technology Mar.2008 一种合成孔径雷达图像特征提取与目标识别的新方法 宦若虹①②杨汝良①岳晋①② ①(中国科学院电子学研究所北京 100080) ②(中国科学院研究生院北京 100039) 摘 要：该文提出了一种利用小波域主成分分析和支持向量机进行的合成孔径雷达图像特征提取与目标识别的新方法。该方法对图像小波分解后提取低频子带图像的主成分分量作为目标的特征，利用支持向量机进行分类完成目标识别。实验结果表明，该方法可以明显提高目标的正确识别率，是一种有效的合成孔径雷达图像特征提取和目标识别方法。 关键词：合成孔径雷达；小波变换；主成分分析；支持向量机；识别 中图分类号：TN957.52 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2008)03-0554-05 A New Method for Synthetic Aperture Radar Images Feature Extraction and Target Recognition Huan Ruo-hong①②Yang Ru-liang①Yue-Jin①② ①(Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China) ②(Graduate University of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China) Abstract: This paper presents a new method for synthetic aperture radar images feature extraction and target recognition which based on principal component analysis in wavelet domain and support vector machine. After wavelet decomposition of a SAR image, feature extraction is implemented by picking up principal component of the low-frequency sub-band image. Then, support vector machine is used to perform target recognition. Results are presented to verify that, the correctness of recognition is enhanced obviously, and the method presented in this paper is a effective method for SAR images feature extraction and target recognition. Key words: Synthetic Aperture Radar (SAR); Wavelet transform; Principal Component Analysis (PCA); Support Vector Machine (SVM); Recognition 1引言 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)图像目标识别是SAR图像解译和分析的重要组成部分，具有重要的商业和军事价值，是国内外SAR图像处理和模式识别领域的研究热点。特征提取是SAR图像目标识别过程中最重要的一步。为了得到可靠的目标识别结果，用于识别的特征必须在分类空间上具有良好的类内凝聚性和类间差异性[1]。目标识别过程的另一个关键步骤是分类方法的选择，分类方法性能的优劣，直接影响到最后的识别结果。 本文提出了一种利用小波域主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)和支持向量机[2](Support Vector Machine，SVM)进行的SAR图像特征提取和目标识别方法。对小波分解得到的低频子带图像进行主成分分析[3]提取目标特征，得到的特征向量用支持向量机分类完成目标识别。用MSTAR数据对该方法进行验证，结果表明，该方法可以有效地提高目标的正确识别率。 2006-08-15收到，2007-01-05改回2目标识别步骤 本文的识别过程如图1所示由3个步骤组成：(1)图像预处理。对图像数据进行规则化调整。(2)特征提取。通过二维离散小波变换将图像变换到不同分辨率下的小波域；对低频子带图像进行主成分分析后提取主成分分量作为目标的特征向量。(3)利用支持向量机进行分类。在特征向量所形成的低维特征空间上完成目标识别并输出识别结果。 图1 识别过程框图 3图像预处理 3.1实验数据 本文使用的图像数据是MSTAR项目组公布的3类SAR 地面静止军用目标数据，包括装甲车BMP2，装甲车BTR70