测量雷达的距离多普勒耦合修正方法研究

多普勒技术参数

技术参数 1、主要技术规格及系统概述： *1.1、≥19英寸高分辨、高亮度、无闪烁、彩色液晶监视器，自由臂，可任意旋转抬升，操作面板具有独立的液晶触摸屏。 1.2、全数字化超声平台，全数字多路波束形成器，可变孔径及动态变迹A/D 16bit。 1.3、数字化二维灰阶成像单元及M型显像单元。 1.4、数字化彩色多普勒单元, 方向性彩色多普勒能量图。 1.5、数字化频谱多普勒显示及分析技术(包含实时自动包络频谱测量与分析)。 1.6、组织谐波成像技术、造影谐波成像技术。 1.7、自适应图像处理技术，自动优化整幅图像,提高组织界面和边界回声，支持二维，彩色和多普勒。 1.8、脉冲编码群发射接收技术，根据不同检查深度，均衡发射脉冲频率，提高穿透性。 1.9、智能图像斑点噪声抑制技术。 1.10、智能图像扫描技术,作用于2D及Doppler,单键操作, 可自动调节增益,标尺等参数。 *1.11、实时多声束空间复合成像技术，作用于探头发射及接收，多角度可调，可结合多种成像模式使用于高频及腹部探头。 1.12、高密度血流显示，提高小血管彩色空间分辨率。 *1.13、组织多普勒成像技术组件（具有多种成像模式）。解剖M型技术组件（具有独立三线360度任意调节），可应用于心脏和腹部探头。 1.14、梯形扩展成像技术。 1.15、二维声束偏转技术-改变超声声束的偏转方向。 1.16、宽景成像技术，包括灰阶和彩色能量图，配备缩放功能和测量计算。 1.17、胎儿重量指数评估。 1.18、具备3D/4D成像技术，实时立体3D扫描，并具备自由臂3D,静态3D功能。 *1.19、多种三维显示模式，包括： 表面成像模式（多平面成像、4D实时成像）； 骨骼成像模式； 感兴趣区域立体正交成像（轮廓成像、解剖成像）； 透明成像模式（最大模式、最小模式） 1.20、曲线取样成像技术，曲线或直线切割3D平面。 1.21、对3D/4D图像具有“魔术剪”功能，可随意切除3D组织或伪像。 1.22、容积对比成像技术，对容积数据进行多切面采集和处理，有效地的抑制噪音，极大提高A、C平面的对比分辨率。所有容积探头均支持此技术。 1.23、正交断层成像技术：用于3D/4D的容积数据，能实时同屏显示至少5个相互交叉平面的图像，交叉角度可实时任意调节，观察感兴趣区的空间位置和内部结构，适合产前系统筛查、疑难病例会诊和科研教学。 1.24、平行断层成像技术：可实时多幅平行断层的超声图像，每个断层间隔≤0.5mm。 1.25、自动轮廓识别技术成像，可对任意形状体积进行显示计算分析。 1.26、组织弹性成像技术，根据不同组织弹性差别，完成彩色编码成像，并可以多种成像模式显示，具备实时纠错反馈功能。 1.27、数据连通可有多种选择：大容量内置硬盘存储、多USB接口输出、DVD光盘刻录、BLUETOOTH 蓝牙连接输出、无线传输和有线网络DICOM数据传输等。 2、二维成像主要参数： 2.1、二维成像灰阶≥256

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

超声多普勒成像原理

超声多普勒成像原理 当声发射源与声接收器有相对运动时，接收器所接收到的声波频率与发射频率有所不同，这一现象称为多普勒效应。超声多普勒法成像就是应用超声波的多普勒效应，从体外得到人体运动脏器的信息，进行处理和显示。现已普遍用于血流、心脏和产科等方面的检查。超声血流测量仪、起声胎心检测仪、超声血管显像仪以及超声血压计、超声血流速度剖面测试仪等多种仪器在临床上广为应用。 超声波对血管内流动的红血球接收散射，根据多普勒效应，即反射频率于 ，由下式给出：发射频率之间将产生偏移即多普勒频移f d f =2v f0cosθ/C d 式中v为红血球的运动速度，C为超声波的速度。由公式可以看出，与血流 就可求得v。 速度成正比，若检出f d 超声多普勒法分连续多普勒和脉冲多普勒。前者的缺点是没有距离分辨能力，在射线方向上的所有多普勒信号总是重叠在一起；后者具有距离分辨能力，能够捡出某特定深度的多普勒信号，可用于清洁箱内部和大血管血流信号的检测。但由于采用脉冲波，受重复频率产生的重叠幻像的影响，测定深部高速血流具有一定的困难。

现在的超声多普勒成像装置大多采用与B超相结合的方法，在B超上一边设立多普勒取样，一边捡出血流信息。多普勒波束是与B超超声波束一起发射的。由同一探头接收放大，经延迟线和加法器后，进入混频电路和低通滤波器进行相位检波，然后通过取样状态设定电路和带通滤波器取出特定深度的多普勒信号，并将从心脏壁和血管壁来的运动滞后的低频多普勒信号滤除。取出的多普勒信号一路可以送到扬声器进行监听，一路可以经过A/D转换送到频谱分析器进行快速傅里叶变换(FFT)，通过变换后便可得到多普勒频谱。以横轴表示时间，纵轴表示多普勒频移（速度），各个多普勒频率强度（功率）用辉度显示。由于FFT变换频谱范围宽，可以判断是紊流还是层流。最后，经D/A变换后与B型、M型图像一起显示。 彩色多普勒成像装置

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：

SAR数字成像算法

SAR Digital Imaging Algorithms 主要汇报内容： 一、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

一、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 （1）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）； R p >2D 2/λ 平面波 单程相移 SAR 目标在近区场（菲涅尔区）； R p <2L 2S /λ 球面波 双程相移 0/,s D L R θλθ==, 例如：X 波段，波长 3cm ，D=2m ，R 0=20公里，得到：合成孔径长度L S =300米，2D 2/λ=267米，2L 2S /λ=6000公里。 见下图

实孔径阵列天线合成阵天线 （2）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 （3）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。 （4）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。 （5）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：

一种调频连续波SAR的非线性距离-多普勒算法

万方数据

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?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—ｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒ ＦＭＣＷＳＡＲｄａｔａＥＣ］｛｝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—ＣＷ ＳＡＲ ｔｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｓｐｅｃｔｓ［Ｃ］｜｝ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＧｅｏ—ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇＳｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｔｏｕｌｏｕｓｅ，Ｆｒａｎｃｅ，２００３：４０７４—４０７６． ［１６３ｄｅＷｉｔＪＪＭ，ＭｅｔａＡ，ＨｏｏｇｅｂｏｏｍＰ．Ｍｏｄｉｆｉｅｄｒａｎｇｅ－ｄｏｐｐｌｅｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｆｏｒＦＭ－ＣＷｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＧｅｏ—ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅ ＳｅｎｓｉｎｇＬｅｔｔｅｒｓ。２００６，３（Ｉ）：８３—８７．万方数据