SAR成像理论及Matlab仿真-第一讲.

1、SAR成像理论及Mat I ab仿真 2奁孑科技大学2013-4-1张顺生电子科学技术研究院内容简介第一讲SAR成像基本理论 第二讲SAR回波信号建模 第三讲脉冲压缩技术 第四讲驻定相位原理 第五讲RD成像算法 第六讲SAR图像性能评估参考书目张澄波，综合孔径雷达一原理、系统 分析与应用第三章第1, 2节和第四章第1, 2, 3, 7节的内容保铮，雷达成像技术第一讲SAR成像基本理论2013-4-1第五章中5.1, 5.2和5.3节的内容SAR发展简史SAR的定义 二维高分辨SAR分类4克子殍我大学2013-4-11.1 SAR发展简史1951 年，美国 Goodyear Aerospace公

2、司的Carl Wiley首先 提出利用频率分析的方法改善雷达的角分辨率。“多普勒波束锐化”买孔径雷达方位分辨率:多普勒波束锐化方位分辨率:6克子科我大学2013-4-1Pa=R f B1.1 SAR发展简史2013-4-11953年，在美国密西根大学举办的暑期讨论会 上，许多学者提出了利用载机运动可将雷达的真 实天线综合成大孔径的线性天线阵列的新概念。1.1 SAR发展简史I960年4月，美国在华盛顿机场进行机载合成 孔径成像雷达实验取得成功，诞生了国际上第一 部合成孔径雷达。既子殍我穴学1.1 SAR发展简史2013-4-11978年6月，美国从范登堡基地成功发射世界 上第一颗合成孔径雷达卫

3、星一Seas吐卫星，开辟 了星载SAR的新纪元，使合成孔径雷达卫星成为 空间对地观测发展的热点。8克子科杖大学2013-4-11979年9月，中科院电子所研制的机载合成孔 径雷达原理样机试飞成功，获取了国内第一张合 成孔径雷达图像。9电子科杖大学2013-4-11.1 SAR发展简史2007年12月，RADARSAT-2卫星在哈萨克斯坦拜 科努尔基地发射升空，它是一颗搭载C波段传感器 的高分辨率商用雷达卫星，由加拿大太空署与MDA 公司合作。10克子轉杖大学2013-4-1TerraSAR-X卫星系德国首颗需达成像卫星，由德 国政府机构德国航空中心(DLR)和EADSAstrium 公司、In

4、foterm公司根据公私合营的模式共同开发。11零子辑杖大学1.2 SAR的定义2013-4-1将装载着雷达的飞行器沿一定方向以速度V匀速 直线前进，同时以固定的重复频率发射并接收信 号，并将接收信号的幅度和相位信息存储起来， 将它们按阵列回波作合成处理，利用这种合成阵 列方式工作的雷达称为合成孔径雷达(SAR, Synthetic Aperture Radar)。1.3二维高分辨距离分辨率reileuted pulsjreluniijlCTrciumCTCT2013-4-11.3二维高分辨距离鬲分辨通过发射大时宽带宽积信号实现距离上，区分两个相邻目标的最小距离14克子胖我大学2013-4-1

5、2013-4-1既子胖技大学4万21.3二维高分辨1.3二维高分辨方位分辨率方位(横向)上，区分同一距离单元內两个相邻目标 的最小距离。角分辨率同一距离上，区分两个相邻目标的最小角度口波束宽度& = D实孔径分叽畔15多普勒频率发射信号5(r) = 6r(r)exp(j2/0r)雷达到目标的距离R=&一w接收的回波(0 =垃r) = a(r)exp经正交解调后sm(t) = a(t)exp 一丿亍(&厂w)多普勒频移为1 d(p(t) _2v _2 Jd17克子胖技大学2013-4-11.3二维高分辨方位高分辨定义有效阵列孔径长度Ls =晌= R0则合成阵列的波束宽度为：4 =各那么，合成孔径

6、雷达的方位分辨率为:2013-4-11.3二维高分辨礎方位高分辨信号处理正侧视模式下，目标的斜距史可表示为（二阶泰勒展开）吆）=尿+（唧叭+（黑对应的多普勒相位为：以啤丄瞬时多普勒频移：f a）=丄如2=“ 2” dt 几&）”类比于距离向，方位向也是一个线性调频信号182013-4-11.3二维高分辨则方位向信号的多普勒带宽为:20克子胖技大学2013-4-1类比于距离向，方位向分辨率为:2013-4-1191.4 SAR分类按平台分类机载SAR弹载S AR匚临近空间SAR 星载SAR 低轨SAR 中轨SAR 高轨SAR1.4 SAR分类按波束控制分类条带SAR (Stripmap)天线波束

7、的照射范围为与平台运动方向平行的 带状区域口 聚束SAR (Spotlight)通过控制天线波束指向，使其沿飞行路径连续照射同一目标区域扫描SAR (ScanSAR)通过天线在距离向的扫描来获得宽测绘带211.4 SAR分类条带SAR聚束SAR克子科我穴学2013-4-1扫描SAR1.4 SAR分类正侧视SAR (Side-looking)天线波束中心指向与平台运动方向垂直斜视SAR (Squint-looking)天线波束中心指向与正侧视方向在侧视平面内有一夹角，称为斜视角前视SAR ( Forward-looking)距离向与平台飞行方向一致，方位向与平台飞行 方向垂直，这与侧视SAR正好

8、相反。23第二讲SAR回波信号建模stop and go原理侧斜视SAR几何模型SAR回波信号模型 菲涅尔衍射图2013-4-1SAR回波Matlab仿真实验242013-4-12.1 Stop and go 原理由于电磁波的传播速度远大于机械运动的速度，所以 可近似认为SAR飞行到某个位置后，发射一个脉冲信 号，然后停在那个位置，待接收到回波后继续飞行一 个PRT(Pulse Repetition Time)时间,到达下一个位置后 再发射下一个脉冲信号，然后停在那个位置接收回波,2.2侧斜视SAR几何模型陀)=J用+(w”)2-2RW”sin(Q)2.3 SAR回波信号模型点目标回波模型S设

9、雷达发射的脉冲串为： 每个发射的脉冲为:p(t) = ar (t) cos 2龙力f + 0(f) 更为脉内相位调制函数，通常采用线性调遍处)=心设场景中存在一个点目标 风,儿后向散射系数为，在雷达的第n个脉冲发射时刻，天线相位中心与点目标的距离为 ，则接收妙回波信号为：2.3 SAR回波信号模型2013-4-12728克子轉我穴学2013-4-1也小一毗=- 32克子胖杖大学2013-4-1回波信号的频谱及相位采样点故2.4菲涅尔衍射图362013-4-1当距曷向和方位向调频率符号相反时，点日标 回波的菲涅尔衍射图为双曲线。当距离向和方位向调频率符号相同时，点目标 回波的菲涅尔衍射图为椭圆。

10、2.5 SAR回波M吐kb仿真实验仿真参数设置平台高度(m)3000平台速度(m/s)100下视角(deg)45波长(m)0.03125方位向波束宽度(deg)1.5脉冲宽度(us)20信号带宽(MHz)60采样频率(MHz)100脉冲重复频率(Hz)1000测绘带宽(km)1方位向场景(km)1点日标坐标(m)(3000,0)352013-4-12.5 SAR回波M吐kb仿真实验实验内容根据仿真参数，产生点目标的SAR回波，绘出菲 涅尔衍射图；(2) 绘制某一个脉冲回波的时域信号波形及其相位；(3) 绘制对应频域信号的波形及其相位。2.5 SAR回波M次tkb仿真实验参数设计通常，已知SAR系统的工作波段，距离和方位分辨 率，测绘带宽，作用距离等。(1)距离维参数信号带宽 b =2。口采样率=(1.2 1.5)32013-4-12.5 SAR回波M次tkb仿真实验37参数设计(1)距离维参数最小及最大斜距38克子辑杖大学2013-4-12卜円+川距离向采样点数2.5 SAR回波M次tkb仿真实验412013-4-1参数设计(2