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距离_多普勒坐标系下基于相参积累的TBD算法研究_虞欢

距离多普勒成像算法分析

距离多普勒成像算法分析距离多普勒(Range-Doppler, RD)算法是SAR成像处理中最直观，最基本的经典方法，目前在许多模式的SAR，尤其是正侧视SAR的成像处理中仍然广为使用，它可以理解为时域相关算法的演变。一、距离迁移距离迁移是合成孔径雷达成像中的一个重要问题，产生的原因是SAR载机与照相目标间的相对运动。随着载机的运动，对地面某一静止的目标来说，其与雷达载机间的距离不断变化，如图1。而雷达将距离量化为距离门，随着载机运动，同一点目标在雷达接收机中位于不同的距离门，即随着载机平台的移动，目标与雷达间的距离变化超过一个距离单元时，目标的回波就分散于相邻的几个距离门内。方侍向方向 ~— ------------------------------ ------------------ -- ? ■■ra\T" " M * ** ■ ■ ■ MM■ i 虚…一 -------------- — 齐” .. . 产. -- ---------------------- --- 忙…--一------------ - ---- -- ----- 1 ................. .... .......................................................................................................................................... .. 图1雷达与点目标距离变化、处理方法距离迁移的存在使方位向处理成为一个二维处理，即使回波信号在距离向和方位向上产生耦合。成像处理的基本思想是将二维处理分解为两个级联的一维处理。距离向直接将接受到的回波信号进行脉冲压缩即可，但在方位向处理，由于距离迁移现象

距离多普勒成像算法分析

距离多普勒成像算法分析距离多普勒（Range-Doppler，RD）算法是SAR成像处理中最直观，最基本的经典方法，目前在许多模式的SAR，尤其是正侧视SAR的成像处理中仍然广为使用，它可以理解为时域相关算法的演变。一、距离迁移距离迁移是合成孔径雷达成像中的一个重要问题，产生的原因是SAR载机与照相目标间的相对运动。随着载机的运动，对地面某一静止的目标来说，其与雷达载机间的距离不断变化，如图1。而雷达将距离量化为距离门，随着载机运动，同一点目标在雷达接收机中位于不同的距离门，即随着载机平台的移动，目标与雷达间的距离变化超过一个距离单元时，目标的回波就分散于相邻的几个距离门内。

图1 雷达与点目标距离变化二、处理方法距离迁移的存在使方位向处理成为一个二维处理，即使回波信号在距离向和方位向上产生耦合。成像处理的基本思想是将二维处理分解为两个级联的一维处理。距离向直接将接受到的回波信号进行脉冲压缩即可，但在方位向处理，由于距离迁移现象的存在，是同一点目标回波位于不同的距离门内，不能直接进行压缩处理。图2表示对某点目标回波进行距离压缩向后，方位向压缩前的图像，可以看出不同方位向的信号是按照距离迁移曲线排列的。图2 点目标一维距离向压缩后图像为了使方位向也可以进行压缩处理，距离压缩后的图像应进行距离迁移校正，将距离压缩后的信号压缩为图3所示。

最后再进行方位向压缩，处理后如图4，得到一个点目标。图4 方位向压缩后图像

以下对距离迁移做理论分析。设合成孔径时间中点为0t t =，将雷达与目标的瞬时距离()r t 按泰勒公式展开，取前三项： 00''2 001()()()()()2 t t t t r t r t t t r t t t ==≈?-+ ?- 引起的回波相位变化为： 24() ()c t r t t ππφλ λ -??-= = 这个相位称为多普勒相位。它的一节导数为多普勒中心频率dc f ，二阶导数为多普勒调频率dr f ，故有： 0200()()()()2 4 dc t t f fdr r t r t t t t t λλ=≈?- -- - ()r t 与0()t t r t =?的差值是t 时刻相对与0t 时刻相对于0t 时刻的距离变化量，也就是距离迁移量。上式右边的线性项称为距离走动，二次项称为距离弯曲，即距离迁移可以分解为距离走动和距离弯曲。三、距离多普勒算法距离多普勒算法（RD 算法）的基本思想是根据上述将二维处理分解为两个一维处理的级联形式，其特点是只考虑相位展开的一次项，将距离压缩后的数据沿方位向作FFT ，变换到距离多普勒域，然后完成距离迁移校正和方位向压缩。算法流程如图五：

一种调频连续波SAR的非线性距离-多普勒算法

万方数据

?１３９８?系统工程与电子技术第３２卷图５非线性误差校正前点目标的仿真成像结果图６非线性误差校正后点目标的仿真成像结果写＼瑙馨薯１丑鲁＼恻馨晕１丑图７点目标方位压缩结果４结束语距离向／ｍ图８点目标距离压缩结果调频连续波ＳＡＲ是一种新体制的成像雷达，具有体积小、重量轻、成本低、分辨率高等特点，非常适合有效载荷受严格限制的小型无人机平台，受到各个国家越来越多的科研机构的关注，有着广阔的应用前景，而系统频率非线性误差是制约调频连续波ＳＡＲ应用的一个关键因素。本文通过理论推导和仿真实验，建立了存在频率非线性误差的调频连续波ＳＡＲ信号模型，分析了去调频接收模式下调频连续渡ＳＡＲ系统频率非线性误差对成像处理的影响。对去调频接收的调频连续波ＳＡＲ非线性误差的估计和校正进行了深入的研究，提出了针对频率非线性误差校正的调频连续波ＳＡＲ的距离一多普勒算法，该算法计算量小，处理精度高，适合实时成像处理，并通过实验仿真分析，验证了该算法的正确性和有效性，为轻小型调频连续波ＳＡＲ的实用化提供了参考依据。参考文献：［１３陆必应，粱甸农．调频线性度对线性调频信号性能影响分析［Ｊ］．’系统工程与电子技术，２００５，２７（８）：１３８４—１３８６．（ＬｕＢｉｙｉｎｇ，ＬｉａｎｇＤｉａｎｎｏｎｇ．ＥｅｆｆｅｃｔｓｏｆＦＭｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＬＦＭｓｉｇｎａｌｓＥＪ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００５，２７（８）：１３８４—１３８６．）［２］ＭｅｔａＡ，ＨｏｏｇｅｂｏｏｍＰ，Ｌｉｇ；ｈａｒｔＬＰ．ＳｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒＦＭＣＷＳＡＲｆＪ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓ— ｉｎｇ，２００７，４５（１１）：３５１９—３５３２．［３］江志红，赵懿，皇甫堪，等．调频连续波ＳＡＲ的研究进展口］．现代雷达，２００８，３０（２）：２０—２４．［４３耿淑敏，江志红，程翥，等．ＦＭ—ＣＷＳＡＲ距离一多普勒成像算法研究口］．电子与信息学报，２００７，２９（１０）；２３４６—２３４９．［６３ＭｅｔａＡ，ＨｏｏｇｅｂｏｏｍＰ，ＬｉｇｈａｒｔＬＰ．ＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｏｔｉｏｎｉｎａｉｒｂｏｒｎｅＦＭＣＷＳＡＲＥＣ］｝｝ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＲａｄａｒＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００６：２４—２７．［６３曲文长，王颖，苏峰，等．ＬＦＭＣＷＳＡＲ非线性校正成像方法研究ＥＪ］．中国电子科学研究院学报，２００９，４（Ｉ）：５０：５３．［７３ＭｅｔａＡ，ＨｏｏｇｅｂｏｏｍＰ，ＬｉｇｈａｒｔＬＰ．Ｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｅａｌ—ｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＦＭＣＷＳＡＲｄａｔａＥＣ］｛｝ＥｕｒｏｐｅａｎＲａｄａｒＣｏｎ一厅ｒ８ｎｃｅ，２００６；９—１２．［８３杨蒿，蔡竟业．线性调频连续波合成孔径雷达成像算法［Ｊ］．信息与电子工程，２００８，６（３）：１６７—１７１．［９］梁毅，王虹现，邢孟道，等．调频连续波ｓＡＲ信号分析与成像研究口］．电子与信息学报，２００８，３０（５）：１０１７—１０２１．［１０］张军。毛二可．线性调频连续波ＳＡＲ成像处理研究［Ｊ］．现代雷达。２００５，２７（４）１４２—４５．［１１３万永伦．姒强，汪学刚．超宽带线性调频信号线性度的测量方法［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２００７，２１（４）：５５—５８．［１２３矫伟。梁兴东，丁赤飚．基于内定标信号的合成孔径雷达系统幅相误差的提取和校正［刀．电子与信息学报，２００５，２７（１２）；１８８３—１８８６．［１３１姚迪，龙腾．合成孔径雷达实时距离徙动校正算法研究［Ｊ］．系统工程与电子技术［Ｊ］．２００６，２８（８）：１１２８—１１３０．（ＹａｏＤｉ。ＬｏｎｇＴｅｎｇ．ＳｔｕｄｙｏｎＳＡＲｒｅａｌ—ｔｉｍｅｒａｎｇｍｉｇｒａｔｉｏｎｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２００６，２８（８）：１１２８—１１３０．）［１４］ＥｄｒｉｃｈＭＵｌｔｒａ－ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒｂａｓｅｄＯｉｌａ３５ＧＨｚＦＭＣＷｓｅｎｆｏｒＣｏｎｃｅｐｔａｎｄｏｎｌｉｎｅｒａｗｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．１ＥＥＲａｄａｒ，ＳｏｎａｒａｎｄＮａｖｉｇａｔｉｏｎ，２００６，１５３（２）：１２９—１３４．［１５］ＭｅｔａＡ，ＨｏｏｇｅｂｏｏｍＰ．ＨｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｉｒｂｏｒｎｅＦＭ—ＣＷＳＡＲｔｄｉｇｉｔａｌｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｓｐｅｃｔｓ［Ｃ］｜｝ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＧｅｏ—ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｔｏｕｌｏｕｓｅ，Ｆｒａｎｃｅ，２００３：４０７４—４０７６．［１６３ｄｅＷｉｔＪＪＭ，ＭｅｔａＡ，ＨｏｏｇｅｂｏｏｍＰ．Ｍｏｄｉｆｉｅｄｒａｎｇｅ－ｄｏｐｐｌｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒＦＭ－ＣＷｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＧｅｏ—ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＬｅｔｔｅｒｓ。２００６，３（Ｉ）：８３—８７．万方数据