距離多普勒成像算法分析

..距離多普勒成像算法分析距離多普勒〔Range-Doppler，RD〕算法是SAR成像處理中最直觀，最根本的經典方法，目前在許多模式的SAR，尤其是正側視SAR的成像處理中仍然廣為使用，它可以理解為時域相關算法的演變。一、距離遷移距離遷移是合成孔徑雷達成像中的一個重要問題，產生的原因是SAR載機與照相目標間的相對運動。隨著載機的運動，對地面某一靜止的目標來說，其與雷達載機間的距離不斷變化，如圖1。而雷達將距離量化為距離門，隨著載機運動，同一點目標在雷達接收機中位于不同的距離門，即隨著載機平臺的移動，目標與雷達間的距離變化超過一個距離單元時，目標的回波就分散于相鄰的幾個距離門。圖1雷達與點目標距離變化二、處理方法距離遷移的存在使方位向處理成為一個二維處理，即使回波信號在距離向和方位向上產生耦合。成像處理的根本思想是將二維處理分解為兩個級聯的一維處理。距離向直接將承受到的回波信號進展脈沖壓縮即可，但在方位向處理，由于距離遷移現象的存在，是同一點目標回波位于不同的距離門，不能直接進展壓縮處理。圖2表示對某點目標回波進展距離壓縮向后，方位向壓縮前的圖像，可以看出不同方位向的信號是按照距離遷移曲線排列的。圖2點目標一維距離向壓縮后圖像為了使方位向也可以進展壓縮處理，距離壓縮后的圖像應進展距離遷移校正，將距離壓縮后的信號壓縮為圖3所示。圖3距離校正后圖像最后再進展方位向壓縮，處理后如圖4，得到一個點目標。圖4方位向壓縮后圖像以下對距離遷移做理論分析。設合成孔徑時間中點為，將雷達與目標的瞬時距離按泰勒公式展開，取前三項：引起的回波相位變化為：這個相位稱為多普勒相位。它的一節(jié)導數為多普勒中心頻率，二階導數為多普勒調頻率，故有：與的差值是時刻相對與時刻相對于時刻的距離變化量，也就是距離遷移量。上式右邊的線性項稱為距離走動，二次項稱為距離彎曲，即距離遷移可以分解為距離走動和距離彎曲。三、距離多普勒算法距離多普勒算法〔RD算法〕的根本思想是根據上述將二維處理分解為兩個一維處理的級聯形式，其特點是只考慮相位展開的一次項，將距離壓縮后的數據沿方位向作FFT，變換到距離多普勒域，然后完成距離遷移校正和方位向壓縮。算法流程如圖五：回波數據回波數據距離向FFT距離匹配函數距離向IFFT方位向FFT方位匹配函數方位向IFFTSAR圖像FFTFFT回波數據距離向FFT距離向IFFT方位向FFT方位向IFFTSAR圖像RCMC距離匹配函數方位匹配函數FFTFFT線性相位函數〔a〕Range-Doppler域RCMC〔b〕Frequency-AzimuthRange域RCMC圖五RD算法流程圖其中RCMC既可以在Range-Doppler域完成，也可以在Frequency-AzimuthRange域完成。RD算法包括三個主要步驟：距離向壓縮；距離遷移校正；方位向壓縮，生成圖像。RD算法通過脈沖壓縮得到了距離向和方位向的高分辨率，它的相關是將信號和參考函數轉換到頻域完成的，同時進展了距離遷移校正。距離壓縮RD算法的距離壓縮是一個匹配濾波器，對于線性調頻信號回波，設點〔，〕那么有回波其中為位置偏差。匹配濾波器為得距離向壓縮信號該程序仿真后如圖六：圖六距離向壓縮后圖形距離遷移校正在距離向壓縮后進展經菲涅爾近似有：那么調整后變?yōu)榫€性調頻信號。由于距離遷移的存在使得同一點的回波分布在不同的距離門，使方位向壓縮成為二維處理，進展距離遷移校正就是使同一點的目標回波信號位于同一個距離門便于處理。由菲涅爾近似后的回波表達式可看出，回波的相位已經和距離向無關，在方位向是線性調頻的，現只需進展距離單元校正〔RCMC〕即將回波歷程曲線"掰直〞就可進展方位向壓縮，程序是通過Sinc插值來補償RCM的。仿真后如圖七：圖七距離遷移校正后圖形方位向