距離多普勒成像算法分析.doc

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，最基本的經(jīng)典方法，目前在許多模式的SAR，尤其是正側(cè)視SAR的成像處理中仍然廣為使用，它可以理解為時(shí)域相關(guān)算法的演變。一、距離遷移距離遷移是合成孔徑雷達(dá)成像中的一個(gè)重要問(wèn)題，產(chǎn)生的原因是SAR載機(jī)與照相目標(biāo)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。隨著載機(jī)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)地面某一靜止的目標(biāo)來(lái)說(shuō)，其與雷達(dá)載機(jī)間的距離不斷變化，如圖1。而雷達(dá)將距離量化為距離門(mén)，隨著載機(jī)運(yùn)動(dòng)，同一點(diǎn)目標(biāo)在雷達(dá)接收機(jī)中位于不同的距離門(mén)，即隨著載機(jī)平臺(tái)的移動(dòng)，目標(biāo)與雷達(dá)間的距離變化超過(guò)一個(gè)距離單元時(shí)，目標(biāo)的回波就分散于相鄰的幾個(gè)距離門(mén)內(nèi)。圖1 雷達(dá)與點(diǎn)目標(biāo)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(gè)二維處理，即使回波信號(hào)在距離向和方位向上產(chǎn)生耦合。成像處理的基本思想是將二維處理分解為兩個(gè)級(jí)聯(lián)的一維處理。距離向直接將接受到的回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮即可，但在方位向處理，由于距離遷移現(xiàn)象的存在，是同一點(diǎn)目標(biāo)回波位于不同的距離門(mén)內(nèi)，不能直接進(jìn)行壓縮處理。圖2表示對(duì)某點(diǎn)目標(biāo)回波進(jìn)行距離壓縮向后，方位向壓縮前的圖像，可以看出不同方位向的信號(hào)是按照距離遷移曲線排列的。圖2 點(diǎn)目標(biāo)一維距離向壓縮后圖像為了使方位向也可以進(jìn)行壓縮處理，距離壓縮后的圖像應(yīng)進(jìn)行距離遷移校正，將距離壓縮后的信號(hào)壓縮為圖3所示。圖3 距離校正后圖像最后再進(jìn)行方位向壓縮，處理后如圖4，得到一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)。圖4 方位向壓縮后圖像以下對(duì)距離遷移做理論分析。設(shè)合成孔徑時(shí)間中點(diǎn)為，將雷達(dá)與目標(biāo)的瞬時(shí)距離按泰勒公式展開(kāi)，取前三項(xiàng)：引起的回波相位變化為：這個(gè)相位稱為多普勒相位。它的一節(jié)導(dǎo)數(shù)為多普勒中心頻率，二階導(dǎo)數(shù)為多普勒調(diào)頻率，故有： 與的差值是時(shí)刻相對(duì)與時(shí)刻相對(duì)于時(shí)刻的距離變化量，也就是距離遷移量。上式右邊的線性項(xiàng)稱為距離走動(dòng)，二次項(xiàng)稱為距離彎曲，即距離遷移可以分解為距離走動(dòng)和距離彎曲。三、距離多普勒算法距離多普勒算法（RD算法）的基本思想是根據(jù)上述將二維處理分解為兩個(gè)一維處理的級(jí)聯(lián)形式，其特點(diǎn)是只考慮相位展開(kāi)的一次項(xiàng)，將距離壓縮后的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)距離向FFT距離匹配函數(shù)距離向IFFT方位向FFT方位匹配函數(shù)方位向IFFTSAR圖像FFTFFT回波數(shù)據(jù)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(shù)方位匹配函數(shù)FFTFFT線性相位函數(shù)（a）Range-Doppler域RCMC（b）Frequency-Azimuth Range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-Azimuth Range域完成。RD算法包括三個(gè)主要步驟：1、 距離向壓縮；2、 距離遷移校正；3、 方位向壓縮，生成圖像。RD算法通過(guò)脈沖壓縮得到了距離向和方位向的高分辨率，它的相關(guān)是將信號(hào)和參考函數(shù)轉(zhuǎn)換到頻域完成的，同時(shí)進(jìn)行了距離遷移校正。（一） 距離壓縮RD算法的距離壓縮是一個(gè)匹配濾波器，對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)回波，設(shè)點(diǎn)（，）則有回波其中為位置偏差。匹配濾波器為得距離向壓縮信號(hào)該程序仿真后如圖六：圖六 距離向壓縮后圖形（二） 距離遷移校正在距離向壓縮后進(jìn)行經(jīng)菲涅爾近似有：則調(diào)整后變?yōu)榫€性調(diào)頻信號(hào)。 由于距離遷移的存在使得同一點(diǎn)的回波分布在不同的距離門(mén)內(nèi)，使方位向壓縮成為二維處理，進(jìn)行距離遷移校正就是使同一點(diǎn)的目標(biāo)回波信號(hào)位于同一個(gè)距離門(mén)內(nèi)便于處理。由菲涅爾近似后的回波表達(dá)式可看出，回波的相位已經(jīng)和距離向無(wú)關(guān)，在方位向是線性調(diào)頻的，現(xiàn)只需進(jìn)行距離單元校正（RCMC）即將回波歷程曲線“掰直”就可進(jìn)行方位向壓縮，程序是通過(guò)Sinc插值來(lái)補(bǔ)償RCM的。仿真后如圖七：圖七 距離遷移校正后圖形（三）