SAR合成孔徑雷達(dá)圖像點(diǎn)目標(biāo)仿真報(bào)告(附matlab代碼)

1、SAF像點(diǎn)目標(biāo)仿真報(bào)告徐一凡1 SAR原理簡(jiǎn)介合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar .簡(jiǎn)稱SAR）是一種咼分辨率成像雷達(dá)技術(shù)。Va.式中Baa表示雷達(dá)的方位分辨率Ba表示雷達(dá)方位向多譜勒帶寬 V表示方位向它利用脈沖壓縮技術(shù)獲得高的距離向分辨率利用合成孔徑原理獲得高的方位向分辨率從而獲得大面積高分辨率雷達(dá)圖像。SAR回波信號(hào)經(jīng)距離向脈沖壓縮后 雷達(dá)的距離分辨率由雷達(dá)發(fā)射信號(hào)帶寬決定：r 2Br.式中r表示雷達(dá)的距離分辨率.Br表示雷達(dá)發(fā)射信號(hào)帶寬.C表示光速。冋樣.SAR回波信號(hào)經(jīng)方位向合成孔徑后雷達(dá)的方位分辨率由雷達(dá)方位向的多譜勒帶寬決定:SAR平臺(tái)速度。在小斜視角的

2、情況下 .方位分辨率近似表示為a 其中D為方位向合成2孔徑的長(zhǎng)度。2 SAR勺幾何關(guān)系雷達(dá)位置和波束在地面覆蓋區(qū)域的簡(jiǎn)單幾何模型如圖1所示。此次仿真考慮的是正側(cè)視的條帶式仿真.也就是說傾斜角為零.SAR波束中心和SAR平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向垂直的情況。圖1雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取的幾何關(guān)系建立坐標(biāo)系 XYZ如圖2所示.其中XOY平面為地平面；SAR平臺(tái)距地平面高 H.以速度V 沿X軸正向勻速飛行；P點(diǎn)為SAR平臺(tái)的位置矢量.設(shè)其坐標(biāo)為（x,y,z） ; T點(diǎn)為目標(biāo)的位置矢量.設(shè)其坐標(biāo)為（xyT，ZT）;由幾何關(guān)系.目標(biāo)與SAR平臺(tái)的斜距為:UUU R PT.(x Xr)2 (y yj (Z Zt)2(1)由圖可知：

3、y 0, z H ,Zt0 ；令x v s.其中v為平臺(tái)速度.s為慢時(shí)間變量（slowtime ).假設(shè)Xt vs.其中s表示SAR平臺(tái)的x坐標(biāo)為Xt的時(shí)刻；再令r H 2 y,表示目標(biāo)與SAR的垂直斜距.重寫(1)式為：uurPTR(s;r) . r2 v2 (s So)2R(s;r)就表示任意時(shí)刻s時(shí).目標(biāo)與雷達(dá)的斜距。一般情況下.vs s0葉技術(shù)展開.可將(2)式可近似寫為： 2R(s;r) . r2 v2 (s So)2r V (s So)2*2rr.于是通過傅里可見.斜距是sJ口 r的函數(shù).不同的目標(biāo).r也不一樣.但當(dāng)目標(biāo)距SAR較遠(yuǎn)時(shí).在觀測(cè)帶內(nèi).可近似認(rèn)為r不變.即r R0。圖2

4、：空間幾何關(guān)系(a)正視圖(b)側(cè)視圖圖2(a)中.Lsar表示合成孔徑長(zhǎng)度.它和合成孔徑時(shí)間 Tsar的關(guān)系是Lsar vTsar。(b) 中. 為雷達(dá)天線半功率點(diǎn)波束角 .為波束軸線與 Z軸的夾角.即波束視角.Rmin為近 距點(diǎn)距離.Rmax為遠(yuǎn)距點(diǎn)距離.W為測(cè)繪帶寬度.它們的關(guān)系為：Rmin H tg(. 2)Rmax H tg(. 2)W Rmax Rmin3 SAR的回波信號(hào)模型SAR在運(yùn)動(dòng)中以一定的周期(1/PRF)發(fā)射和接收信號(hào).具體過程如圖3所示。發(fā)射機(jī)以l的時(shí)間發(fā)射啁啾脈沖然后切換天線開關(guān)接收回波信號(hào)載機(jī)發(fā)射第n個(gè)脈沖時(shí)電磁波再次回到載機(jī)時(shí)的延時(shí)n滬.帶入式中得:當(dāng)雷達(dá)不處于

5、發(fā)射狀態(tài)時(shí)它接收3反射回波。發(fā)射和接收回波的時(shí)間序列如圖 4所示。 在機(jī)載情況下每個(gè)回波可以在脈沖發(fā)射間隔內(nèi)直接接收到。 但是在星載情況下由于距離過 大某個(gè)脈沖的回波要經(jīng)過 610個(gè)脈沖間隔才能接收到。這里仿真為了方便 默認(rèn)為機(jī)載情 況。時(shí)間圖4脈沖雷達(dá)的發(fā)射與接收周期假設(shè)Tr為chirp信號(hào)持續(xù)時(shí)間.下標(biāo)r表示距離向；PRF為重復(fù)頻率PRT為重復(fù)周期 等于1/ PRF。接收序列中.2* R（S；r）表示發(fā)射第i個(gè)脈沖時(shí)目標(biāo)回波相對(duì)于發(fā)射序C列的延時(shí)。雷達(dá)的發(fā)射序列數(shù)學(xué)表達(dá)式為式（5）:s(t) p(t n * PRT)n(5)p(t)rect(丄)ej ej2 以Tr式中 rect（g表示矩

6、形信號(hào)Kr為距離向的chirp信號(hào)調(diào)頻率 fc為載頻。雷達(dá)回波信號(hào)由發(fā)射信號(hào)波形 天線方向圖斜距目標(biāo)RCS環(huán)境等因素共同決定.若不考慮環(huán)境因素則單點(diǎn)目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)可寫成式（6）所示:S-(t)wp(t n PRT n)n其中表示點(diǎn)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面.w表示點(diǎn)目標(biāo)天線方向圖雙向幅度加權(quán) n表示t n PRT 2R(s;r)/C 吐)w rect()nI rexpj Kr(t n PRT 2R(s;r)/C)24exp-j R(s;r) expj2 f/t n PRTn)式就是單點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型其中 exp j Kr(t n PRT 2R(s;r)/ C)2是4chirp分量.它決定距離向分辨

7、率；exp- j R( s; r)為多普勒分量.它決定方位向分辨率。對(duì)于任意一個(gè)脈沖.回波信號(hào)可表示為式(8)所示：Sr(t,s) A0Wr(2R(s;r)/C)Wa(s sc) exp j4 fR(s;r)/C2( 8)expj Kr(2R(s;r)/C)2我們知道.由于R(s;r)隨慢時(shí)間s的變化而變化.所以計(jì)算機(jī)記錄到的回波數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形 式如圖5所示:圖5目標(biāo)照射時(shí)間內(nèi).單個(gè)點(diǎn)目標(biāo)回波能量在信號(hào)處理器的二維存儲(chǔ)器中的軌跡4距離徙動(dòng)及校正菱盤祀ffte笄-丁亡,根據(jù)圖2可知.在傾斜角為零或很小的時(shí)候.目標(biāo)與雷達(dá)的瞬時(shí)距離為R(s; r).根據(jù)幾何關(guān)系可知.R(s;r).根據(jù)泰勒級(jí)數(shù)展開可得:

8、2222V2R(s;r) . r v (s so)r (s So)(9)v2r由式(9)可知.不同慢時(shí)間對(duì)應(yīng)著不同的 R(s;r).并且是一個(gè)雙曲線形式或者近似為一 個(gè)二次形式。如圖 5所示.同一目標(biāo)的回波存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里不在同一直線上.存在距離徙動(dòng)。從而定義距離徙動(dòng)量：2V2R(s, r) (s So)( 10)r為了進(jìn)行方位向的壓縮方位向的回波數(shù)據(jù)必須在同一條直線上也就是說必須校正距離徙動(dòng) R(s, r)。由式(10)可知.不同的最近距離r對(duì)應(yīng)著不同的R(s,r).因此在時(shí)域處理距離徙動(dòng)會(huì)非常麻煩。因此.對(duì)方位向進(jìn)行傅里葉變換.對(duì)距離向不進(jìn)行變換.得到新的域。由于方位向的頻率即為多普勒頻率所

9、以這個(gè)新的域也稱為距離多普勒域。將斜距R寫成多普勒fa的函數(shù)即R( fa,r)。眾所周知.對(duì)最近距離為r的點(diǎn)目標(biāo)P.V回波多普勒fa是傾斜角 的函數(shù)即fa sin .斜距R( fa, r) r / cos .于是R(fa,r)r / cossin1 2x2(11)g(x)gd(i)sin c(x i)(13)i即為所有輸入樣本的加權(quán)平均。可通過頻域來理解如圖6所示.采樣信號(hào)gd(i)的頻譜Gd( f )等于以采樣率重復(fù)的信號(hào)頻譜。為了重建信號(hào) g(x).只需要一個(gè)周期頻譜(如基帶周期)因此需要理想矩形低通濾波器在頻域中提取基帶頻譜(如圖6)所示。已知該理想濾波器在時(shí)域中是sine函數(shù)。(17)

10、35點(diǎn)目標(biāo)成像matlab仿真5.1距離多普勒算法距離多普勒算法(RDA是在1976年至1978年為民用星載SAR提出的它兼顧了成熟、 簡(jiǎn)單、高效和精確等因素至今仍是使用最廣泛的成像算法。它通過距離和方位上的頻域操 作.到達(dá)了高效的模塊化處理要求 同時(shí)又具有了一維操作的簡(jiǎn)便性。圖7示意了 RDA的處理流程。這里主要討論小傾斜角及短孔徑下的基本RDA處理框圖。1. 當(dāng)數(shù)據(jù)處在方位時(shí)域時(shí)可通過快速卷積進(jìn)行距離壓縮。也就是說距離FFT后隨即進(jìn)行距離向匹配濾波再利用距離IFFT完成距離壓縮?；夭ㄐ盘?hào)為：WS)艸 2R(s)/cWa(s 4)2(exp- j4 f0 R(s)/ cexp j Kr(t-

11、2R(s)/c)2Src(t,S)距離向壓縮后的信號(hào)為:叭“)( 15)A rt 2R(s)/cWa(s Sc)exp j4 fR(s)/cH(ft)rectff2|K?Texp j Rexp j2 ft。(16)2. 通過方位FFT將數(shù)據(jù)變換至距離多普勒域多普勒中心頻率估計(jì)以及大部分后續(xù)操作 都在該域進(jìn)行。方位向傅里葉變換后信號(hào)為：S(t, fs) FFTssrc(t,s)AoPrt 2Rd(fs)Wa(fsfsc)ccexp- j 4 foRoexp jc3. 在距離多普勒域進(jìn)行隨距離時(shí)間及方位頻率變化的RCMC亥域中同一距離上的一組目標(biāo)軌跡相互重合。RCM(將距離徙動(dòng)曲線拉直到與方位頻率

12、軸平行的方向。這里可以采用 最近鄰點(diǎn)插值法或者 sine插值法.具體插值方法見前面。假設(shè)RCM插值是精確的信號(hào)變?yōu)椋篠2(t, fs) Ao Pr (t0)Wa(fs fsc)e2( 18)exp- j4 址expj cKa4. 通過每一距離門上的頻域匹配濾波實(shí)現(xiàn)方位壓縮。為進(jìn)行方位壓縮將RCM(后的S2(t, fs)乘以頻域匹配濾波器 Haz(fs)。fs2Haz(fs) exp j -( 19)KaS3(t, fs) S2(t,fs)Haz(fs)4 foRg( 2)A0Pr(t 2Rg/e)Wa(fs fsc)exp j e5. 最后通過方位IFFT將數(shù)據(jù)變換回時(shí)域得到壓縮后的復(fù)圖像。復(fù)

13、原后的圖像為：sac(t,s) IFFTsS3(t, fs) AoPr(t-2Rg/C)Pa(S)( 21)4 f Rexp- jexp j2 $圖8距離多普勒算法流程圖5.2 Chirp Scali ng 算法距離多普勒算法具有諸多優(yōu)點(diǎn)但是距離多普勒算法有兩點(diǎn)不足：首先當(dāng)用較長(zhǎng)的核函數(shù)提高距離徙動(dòng)校正（RCMC精度時(shí).運(yùn)算量較大；其次.二次距離壓縮（SRC對(duì)方位頻 率的依賴性問題較難解決從而限制了其對(duì)某些大斜視角和長(zhǎng)孔徑SAR的處理精度。Chirp Scali ng 算法避免了 RCMC中的插值操作.通過對(duì)Chirp信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制.實(shí)現(xiàn) 了對(duì)該信號(hào)的尺度變換或平移。圖8顯示了 Chirp

14、Scali ng 算法處理流程。這里主要討論小傾斜角及短孔徑下的基本 CSA處理框圖。主要步驟包括四次FFT和三次相位相乘。1. 通過方位向FFT將數(shù)據(jù)變換到距離多普勒域。2. 通過相位相乘實(shí)現(xiàn) Chirp Scali ng 操作.使所有目標(biāo)的距離徙動(dòng)軌跡一致化。這是第一步相位相乘。用以改變線調(diào)頻率尺度的Chirp Scali ng二次相位函數(shù)為：2R（ fa; Rs） 2Hi（t,fa；Rs） expj （fa；RB）a（fa）（ta -） （22）c3. 通過距離向FFT將數(shù)據(jù)變到二維頻域。4. 通過與參考函數(shù)進(jìn)行相位相乘 .同時(shí)完成距離壓縮、SRC和一致RCMC這是第二步相位相乘。用于距

15、離壓縮.距離徙動(dòng)校正的相位函數(shù)寫為：H2(fr,fa；Rs) expj(fa；RB)1 a( fa)expj4 Rsa(fa)frfr2(23)5. 通過距離向IFFT將數(shù)據(jù)變回到距離多普勒域。6. 通過與隨距離變化的匹配濾波器進(jìn)行相位相乘.實(shí)現(xiàn)方位壓縮。此外.由于步驟2中的Chirp Scali ng操作.相位相乘中還需要附加一項(xiàng)相位校正。這是第三步相位相乘。補(bǔ)償由Chirp Scali ng引起的剩余相位函數(shù)是：日2&池尺）exp j 丁 Rb . famfaXpIj億尺）（24）7. 最后通過方位向IFFT將數(shù)據(jù)變回到二維時(shí)域.即SAR圖像域。sRWNi祁審 樣*膿“圖8Chirp Sc

16、ali ng算法流程圖簡(jiǎn)而言之.R-D算法是將徙動(dòng)曲線逐一校正.CS算法是以某一徙動(dòng)曲線為參考.在Doppler域內(nèi)消除不同距離門的徙動(dòng)曲線的差異.令這些曲線成為一組相互平行”的曲線.然后在二維頻率域內(nèi)統(tǒng)一的去掉距離徙動(dòng)。通俗一點(diǎn)就是.RD算法是將彎曲的信號(hào)一根根掰直而CS算法是先把所有信號(hào)都掰得一樣彎.然后再統(tǒng)一掰直。6仿真結(jié)果6.1使用最近鄰點(diǎn)插值的距離多普勒算法仿真結(jié)果本文首先對(duì)5個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的回波信號(hào)進(jìn)行了仿真.5個(gè)點(diǎn)目標(biāo)構(gòu)成了矩形的4個(gè)頂點(diǎn)和中心.其坐標(biāo)分別如下.格式為（方位向，距離向，后向反射系數(shù)）：09750110097501501000010102501100102501圖9的上圖

17、是距離向壓縮后的圖像 從圖中可以看到 5條回波信號(hào)（其中有幾條部分重 合但仍能看出來）目標(biāo)回波信號(hào)存在明顯的距離徙動(dòng) 需要進(jìn)行校正。圖9的下圖是通過 最近鄰點(diǎn)插值法校正后的圖像 可以看出圖像基本被校正為直線。-4000 0 0-2020向位方4000.-4000 0 0-2020向位方4000.距離 向壓縮，未 校正距離徙動(dòng) 的圖像距離向距離 向壓縮，校 正距離徙動(dòng)后 的圖像距離向1.054X 101.054X 10圖9距離向壓縮后最近鄰點(diǎn)插值的結(jié)果圖10為進(jìn)行方位向壓縮后形成的圖像可以明顯看出5個(gè)點(diǎn)目標(biāo).并且5個(gè)點(diǎn)目標(biāo)構(gòu)成了矩形的四個(gè)頂點(diǎn)及其中心。方位向壓縮后的圖像向 位 方距離向4x 10

18、圖10通過最近鄰點(diǎn)插值生成的點(diǎn)目標(biāo)圖像6.2使用最近鄰點(diǎn)插值的距離多普勒算法仿真結(jié)果圖11上圖為通過距離壓縮后的圖像.圖11的下圖為通過sine插值法校正后的圖像。距離向壓縮，未校正距離徙動(dòng)的圖像-400-200向位方02004000.950.960.970.980.9911.011.021.031.041.05距離向x 104距離向x 104向位方圖11距離向壓縮后sine插值的結(jié)杲圖12為進(jìn)行方位向壓縮后形成的圖像.可以明顯看出5個(gè)點(diǎn)目標(biāo).并且5個(gè)點(diǎn)目標(biāo)構(gòu)成了矩形的四個(gè)頂點(diǎn)及其中心。-400-300-200-100向 0位方100方位向壓縮后的圖像2003004000.950.960.97

19、0.980.991距離向1.011.021.031.04x 101.054圖12通過sine插值生成的點(diǎn)目標(biāo)圖像6.3 Chirp Scali ng算法仿真結(jié)果同樣.在ChirpScali ng中.對(duì)5個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的回波信號(hào)進(jìn)行了仿真.5個(gè)點(diǎn)目標(biāo)構(gòu)成了矩形的4個(gè)頂點(diǎn)和中心.其坐標(biāo)分別如下.格式為（方位向，距離向，后向反射系數(shù)）：1200 0 11250-50112505011150-5011150501圖13是仿真的雷達(dá)回波信號(hào)圖0050向離距仿真出來的信號(hào)50O30002250354045500020007 O O50OO3000800009圖13仿真出來的SAR回波信號(hào)圖14是經(jīng)過第一次相位校

20、正之后.通過距離向壓縮后的距離時(shí)域-方位時(shí)域信號(hào)圖（Chirp Scali ng 算法的七個(gè)步驟中并不包含該信號(hào) .該信號(hào)是將步驟2之后的信號(hào)通過方 位向傅里葉逆變換.再進(jìn)行距離向壓縮得到的只為了驗(yàn)證原理）。按照理論該圖中所有點(diǎn) 的距離徙動(dòng)都應(yīng)該一樣。從圖中大致可看出五個(gè)點(diǎn)的距離徙動(dòng)是差不多的。Chirp Scaling后、經(jīng)過距離向壓縮，距離徙動(dòng)一致500050002向離距5020033500050005O00T9 O O 6 O 50 4 O302圖14 Chirp Scali ng 第2步之后、經(jīng)過距離向壓縮得到的圖圖15為步驟5之后.信號(hào)距離壓縮距離徙動(dòng)校正之后的距離多普勒域中的信號(hào)圖

21、。消除距離徙動(dòng)后的信號(hào)50100150200250300350400450 -500 -1002003004005006007008009001000方位向圖15距離徙動(dòng)校正之后的圖 圖16為步驟6之后.消除相位偏移的圖。相位校正后的信號(hào)50001501向離距0033504004505001002003004005006007008009001000方位向圖16消除相位偏移的圖圖17為通過Chirp Scali ng算法生成的點(diǎn)目標(biāo)圖像50100150200250300350400450500生成的點(diǎn)目標(biāo)Index: 175.4RGB: 0.635, 0.635, 0.635Index: 12

22、0.5RGB: 0.381, 0.381, 0.381X: 386 Y: 340Index: 155.4RGB: 0.54, 0.54, 0.54X: 641 Y: 340Index: 153.7RGB: 0.54, 0.54, 0.541002003004005006007008009001000方位向圖17通過Chirp Scali ng算法生成的點(diǎn)目標(biāo)圖像6.4幾種算法比較本文討論了距離多普勒算法和Chirp Scali ng 算法.其中距離多普勒算法考慮了最近鄰點(diǎn)插值和sine插值兩種插值方法。距離多普勒算法兼顧了成熟、簡(jiǎn)單、高效和精確等因素.至今仍被廣泛使用但是距離多普勒算法有兩點(diǎn)不

23、足：首先 當(dāng)用較長(zhǎng)的核函數(shù)提高距離徙動(dòng)校正（ RCMC精度時(shí).運(yùn)算 量較大；其次.二次距離壓縮（SRC對(duì)方位頻率的依賴性問題較難解決 .從而限制了其對(duì)某 些大斜視角和長(zhǎng)孔徑 SAR的處理精度。最近鄰點(diǎn)插值的優(yōu)點(diǎn)是速度快該插值的運(yùn)行時(shí)間為2.267137秒缺點(diǎn)是不夠精確；sine插值的優(yōu)點(diǎn)是精確.該方法的運(yùn)行時(shí)間為 29.148728秒.缺點(diǎn)是速度慢；Chirp Scali ng算法避免了插值運(yùn)算.提高了速度.運(yùn)行時(shí)間為0.323327秒但是其算法較為復(fù) 雜。%=%文件名：NearSAR.m%作者：徐一凡%功能：合成孔徑雷達(dá)距離多普勒算法點(diǎn)目標(biāo)成像%= elear;ele;elose all;%

24、=%常數(shù)定義C=3e8;%光速%雷達(dá)參數(shù)Fe=1e9;%載頻1GHzlambda=C/Fc;%波長(zhǎng)%目標(biāo)區(qū)域參數(shù)Xmi n=0;%目標(biāo)區(qū)域方位向范圍Xmi n,XmaxXmax=50;Ye=10000;%成像區(qū)域中線Y0=500;%目標(biāo)區(qū)域距離向范圍Yc-Y0,Yc+Y0%成像寬度為2*Y0%軌道參數(shù)V=100;%SARH=5000; %R0=sqrt(YcA2+HA2);%天線參數(shù)D=4; %的運(yùn)動(dòng)速度 100 m/s 高度 5000 m 最短距離方位向天線長(zhǎng)度Lsar=lambda*R0/D; %SAR 合成孔徑長(zhǎng)度 . 合成孔徑雷達(dá)成像算法與實(shí)現(xiàn)P.100Tsar=Lsar/V;%SAR

25、照射時(shí)間Ka=-2*VA2/lambda/R0; %多普勒頻域調(diào)頻率 P.93%慢時(shí)間域參數(shù)Ba=abs(Ka*Tsar);%PRF=Ba;%多普勒頻率調(diào)制帶寬脈沖重復(fù)頻率PRF其實(shí)為多普勒頻率的采樣率又為復(fù)頻率 . 所以等于 Ba.P.93脈沖重復(fù)時(shí)間慢時(shí)域的時(shí)間步長(zhǎng)PRT=1/PRF;%ds=PRT;%Nslow=ceil(Xmax-Xmin+Lsar)/V/ds); %慢時(shí)域的采樣數(shù).ceil 為取整函數(shù).結(jié)合 P.76為最靠近 2的冪次函數(shù) . 這里為的圖理解Nslow=2Anextpow2(Nslow);%nextpow2fft 變換做準(zhǔn)備sn=linspace(Xmin-Lsar/

26、2)/V,(Xmax+Lsar/2)/V,Nslow);%慢時(shí)間域的時(shí)間矩陣PRT=(Xmax-Xmin+Lsar)/V/Nslow; % 由于Nslow改變了 .所以相應(yīng)的一些參數(shù)也需要 更新.周期減小了PRF=1/PRT;ds=PRT;%快時(shí)間域參數(shù)設(shè)置Tr=5e-6;%Br=30e6;%chirpKr=Br/Tr;%chirpFsr=2*Br;%dt=1/Fsr;%Rmin=sqrt(Yc-Y0)A2+HA2);Rmax=sqrt(Yc+Y0)A2+HA2+(Lsar/2)A2);Nfast=ceil(2*(Rmax-Rmin)/C/dt+Tr/dt);%Nfast=2Anextpow2

27、(Nfast);%脈沖持續(xù)時(shí)間 5us 頻率調(diào)制帶寬為 30MHz 調(diào)頻率 快時(shí)域采樣頻率 . 為3倍的帶寬 快時(shí)域采樣間隔快時(shí)域的采樣數(shù)量更新為2的冪次.方便進(jìn)行 fft 變換DY=C/2/Br;%DX=D/2;%點(diǎn)目標(biāo)參數(shù)設(shè)置Ntarget=5;%點(diǎn)目標(biāo)格式 x,y,反射系數(shù) sigmaPtarget=Xmin,Yc-50*DY,1%dt=(2*Rmax/C+Tr-2*Rmin/C)/Nfast; % Fsr=1/dt;%分辨率參數(shù)設(shè)置tm=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C+Tr,Nfast); % 快時(shí)域的離散時(shí)間矩陣更新間隔距離向分辨率方位向分辨率點(diǎn)目標(biāo)的數(shù)量點(diǎn)目標(biāo)

28、位置 . 這里設(shè)置了 5個(gè)點(diǎn)目標(biāo) . 構(gòu)成 一個(gè)矩形以及矩形的中心 Xmin+50*DX,Yc-50*DY,1 Xmin+25*DX,Yc,1 Xmin,Yc+50*DY,1 Xmin+50*DX,Yc+50*DY,1;disp(Parameters:) % 參數(shù)顯示 disp(Sampling Rate in fast-time domain);disp(Fsr/Br) disp(Sampling Number in fast-time domain);disp(Nfast) disp(Sampling Rate in slow-time domain);disp(PRF/Ba) disp(

29、Sampling Number in slow-time domain);disp(Nslow) disp(Range Resolution);disp(DY) disp(Cross-range Resolution);disp(DX) disp(SAR integration length);disp(Lsar) disp(Position of targets);disp(Ptarget) %=%生成回波信號(hào)K=Ntarget;%目標(biāo)數(shù)目N=Nslow;%慢時(shí)域的采樣數(shù)M=Nfast;%快時(shí)域的采樣數(shù)T=Ptarget;%目標(biāo)矩陣Srnm=zeros(N,M);%生成零矩陣存儲(chǔ)回波信號(hào)fo

30、r k=1:1:K%總共K個(gè)目標(biāo)sigma=T(k,3);%得到目標(biāo)的反射系數(shù)Dslow=sn*V-T(k,1);%方位向距離 . 投影到方位向的距離R=sqrt(Dslow.A2+T(k,2)A2+HA2);%實(shí)際距離矩陣tau=2*R/C;%回波相對(duì)于發(fā)射波的延時(shí)Dfast=ones(N,1)*tm-tau*ones(1,M);%(t-tau).其實(shí)就是時(shí)間矩陣 .ones(N,1) 和 ones(1,M) 都是為了將其擴(kuò)展為矩陣phase=pi*Kr*Dfast42-(4*pi/lambda)*(R*ones(1,M);%相位.公式參見 P.96Srnm=Srnm+sigma*exp(j

31、*phase).*(0Dfast&DfastTr).*(abs(Dslow)Lsar/2)*ones(1,M);% 由于是多個(gè)目標(biāo)反射的回波 . 所以此處進(jìn)行疊加end %= %距離 -多普勒算法開始%距離向壓縮tic;tr=tm-2*Rmin/C;Refr=exp(j*pi*Kr*tr.A2).*(0tr&trM%判斷是否超出邊界Sa_RD(n,m)=Sa_RD(n,M/2);elseif delta_RMC=0.5 %五入Sa_RD(n,m)=Sa_RD(n,m+round(RMC)+1);else%四舍Sa_RD(n,m)=Sa_RD(n,m+round(RMC);endendendwa

32、itbar(n/N)endclose(h)%=Sr_rmc=iftx(Sa_RD); % 距離徙動(dòng)校正后還原到時(shí)域Ga = abs(Sr_rmc);%方位向壓縮ta=sn-Xmin/V;Refa=exp(j*pi*Ka*ta.A2).*(abs(ta)Tsar/2);Sa=iftx(ftx(Sr_rmc).*(conj(ftx(Refa).*ones(1,M);Gar=abs(Sa);toc;%= %繪圖 colormap(gray);figure(1)subplot(211);row=tm*C/2-2008;col=sn*V-26;imagesc(row,col,255-Gr); %距離向壓

33、縮 . 未校正距離徙動(dòng)的圖像 axis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2); xlabel( 距離向 ),ylabel( 方位向 ), title( 距離向壓縮 . 未校正距離徙動(dòng)的圖像 ), subplot(212);imagesc(row,col,255-Ga); % 距離向壓縮 . 校正距離徙動(dòng)后的圖像 axis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xlabel( 距離向 ),ylabel( 方位向 ), title( 距離向壓縮 . 校正距離徙動(dòng)后的圖像 ), figure(2)colormap(gray);

34、imagesc(row,col,255-Gar); % 方位向壓縮后的圖像 axis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xlabel( 距離向 ),ylabel( 方位向 ), title( 方位向壓縮后的圖像 ), %= %文件名： SincSAR.m%作者：徐一凡%功能：合成孔徑雷達(dá)距離多普勒算法點(diǎn)目標(biāo)成像 %= clear;clc;close all;%=%常數(shù)定義C=3e8;%光速%雷達(dá)參數(shù)Fc=1e9;%載頻1GHzlambda=C/Fc;%波長(zhǎng)%目標(biāo)區(qū)域參數(shù)Xmin=0;%目標(biāo)區(qū)域方位向范圍 Xmin,XmaxXmax=50;Yc=10000

35、;%成像區(qū)域中線Y0=500;%目標(biāo)區(qū)域距離向范圍 Yc-Y0,Yc+Y0%成像寬度為 2*Y0%軌道參數(shù)V=100;%SAR的運(yùn)動(dòng)速度 100 m/sH=5000;%高度 5000 mR0=sqrt(YcA2+HA2);%最短距離%天線參數(shù)D=4;%方位向天線長(zhǎng)度Lsar=lambda*R0/D;%SAR 合成孔徑長(zhǎng)度 . 合成孔徑雷達(dá)成像算法與實(shí)現(xiàn)P.100Tsar=Lsar/V;%SAR照射時(shí)間%慢時(shí)間域參數(shù)Ka=-2*VA2/lambda/R0; %Ba=abs(Ka*Tsar);%PRF=Ba;%又為復(fù)頻率 . 所以等于 Ba.P.93PRT=1/PRF;%ds=PRT;%多普勒頻域

36、調(diào)頻率 P.93 多普勒頻率調(diào)制帶寬脈沖重復(fù)頻率PRF其實(shí)為多普勒頻率的采樣率Nslow=ceil(Xmax-Xmin+Lsar)/V/ds); % 的圖理解Nslow=2A nextpow2(Nslow);fft 變換做準(zhǔn)備脈沖重復(fù)時(shí)間 慢時(shí)域的時(shí)間步長(zhǎng) 慢時(shí)域的采樣數(shù) .ceil 為取整函數(shù) . 結(jié)合 P.76%nextpow2為最靠近 2的冪次函數(shù) . 這里為sn=linspace(Xmin-Lsar/2)/V,(Xmax+Lsar/2)/V,Nslow);%慢時(shí)間域的時(shí)間矩陣PRT=(Xmax-Xmin+Lsar)/V/Nslow; %更新 .周期減小了PRF=1/PRT;ds=PRT

37、;%快時(shí)間域參數(shù)設(shè)置由于Nslow改變了 .所以相應(yīng)的一些參數(shù)也需要Tr=5e-6;%Br=30e6;%chirpKr=Br/Tr;%chirpFsr=2*Br;%dt=1/Fsr;%Rmin=sqrt(Yc-Y0)A2+HA2);脈沖持續(xù)時(shí)間 5us 頻率調(diào)制帶寬為 30MHz 調(diào)頻率快時(shí)域采樣頻率 . 為3倍的帶寬快時(shí)域采樣間隔Rmax=sqrt(Yc+Y0)A2+HA2+(Lsar/2)A2);Nfast=ceil(2*(Rmax-Rmin)/C/dt+Tr/dt);% 快時(shí)域的采樣數(shù)量 Nfast=2Anextpow2(Nfast);%更新為 2的冪次 . 方便進(jìn)行 fft 變換tm=

38、linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C+Tr,Nfast); % 快時(shí)域的離散時(shí)間矩陣 dt=(2*Rmax/C+Tr-2*Rmin/C)/Nfast; % 更新間隔Fsr=1/dt;%分辨率參數(shù)設(shè)置DY=C/2/Br;%DX=D/2;%點(diǎn)目標(biāo)參數(shù)設(shè)置Ntarget=5;%點(diǎn)目標(biāo)格式 x,y,反射系數(shù) sigmaPtarget=Xmin,Yc-50*DY,1%一個(gè)矩形以及矩形的中心距離向分辨率方位向分辨率點(diǎn)目標(biāo)的數(shù)量點(diǎn)目標(biāo)位置 . 這里設(shè)置了 5個(gè)點(diǎn)目標(biāo) . 構(gòu)成Xmin+50*DX,Yc-50*DY,1Xmin+25*DX,Yc,1Xmin,Yc+50*DY,1Xmin+50*

39、DX,Yc+50*DY,1;disp(Parameters:) % 參數(shù)顯示disp(Sampling Rate in fast-time domain);disp(Fsr/Br) disp(Sampling Number in fast-time domain);disp(Nfast) disp(Sampling Rate in slow-time domain);disp(PRF/Ba)K=Ntarget;%N=Nslow;%M=Nfast;%T=Ptarget;%Srnm=zeros(N,M);%for k=1:1:K%sigma=T(k,3);%Dslow=sn*V-T(k,1);%R

40、=sqrt(Dslow.A2+T(k,2)A2+HA2);tau=2*R/C;%生成回波信號(hào)Dfast=ones(N,1)*tm-tau*ones(1,M);%disp(Sampling Number in slow-time domain);disp(Nslow) disp(Range Resolution);disp(DY) disp(Cross-range Resolution);disp(DX) disp(SAR integration length);disp(Lsar) disp(Position of targets);disp(Ptarget) %=目標(biāo)數(shù)目慢時(shí)域的采樣數(shù)%(t

41、-tau).陣 .ones(N,1) 和 ones(1,M) 都是為了將其擴(kuò)展為矩陣phase=pi*Kr*Dfast42-(4*pi/lambda)*(R* on es(1,M);%快時(shí)域的采樣數(shù) 目標(biāo)矩陣 生成零矩陣存儲(chǔ)回波信號(hào) 總共K個(gè)目標(biāo) 得到目標(biāo)的反射系數(shù) 方位向距離 . 投影到方位向的距離 實(shí)際距離矩陣 回波相對(duì)于發(fā)射波的延時(shí) 其實(shí)就是時(shí)間矩相位 . 公式參見 P.96Srnm=Srnm+sigma*exp(j*phase).*(0Dfast&DfastTr).*(abs(Dslow)Lsar/2)*ones(1,M);% 由于是多個(gè)目標(biāo)反射的回波 .所以此處進(jìn)行疊加end %=

42、%距離 -多普勒算法開始%距離向壓縮tic;tr=tm-2*Rmin/C;Refr=exp(j*pi*Kr*tr.A2).*(0tr&trM%RMCmaxtix(n,m)=RMCmaxtix(n,m)+Sa_RD(n,M)*sinc(pi*(-i+RMC);elseRMCmaxtix(n,m)=RMCmaxtix(n,m)+Sa_RD(n,m+round(RMC)+i)*sinc(pi*(- i+delta_RMC);endendendwaitbar(n/N)endclose(h)%=Sr_rmc=iftx(RMCmaxtix); % 距離徙動(dòng)校正后還原到時(shí)域Ga = abs(Sr_rmc);

43、%方位向壓縮ta=sn-Xmin/V;Refa=exp(j*pi*Ka*ta42).*(abs(ta)vTsar/2);Sa=iftx(ftx(Sr_rmc).*(conj(ftx(Refa).*ones(1,M);Gar=abs(Sa);toc;%=%繪圖colormap(gray);figure(1)subplot(211);row=tm*C/2-2008;col=sn*V-26;imagesc(row,col,255-Gr); %距離向壓縮 . 未校正距離徙動(dòng)的圖像axis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xlabel( 距離向 ),ylabel

44、( 方位向 ),title( 距離向壓縮 . 未校正距離徙動(dòng)的圖像 ),subplot(212);imagesc(row,col,255-Ga); %距離向壓縮 . 校正距離徙動(dòng)后的圖像axis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xlabel( 距離向 ),ylabel( 方位向 ),title( 距離向壓縮 . 校正距離徙動(dòng)后的圖像 ), figure(2) colormap(gray);imagesc(row,col,255-Gar); % 方位向壓縮后的圖像 axis(Yc-Y0,Yc+Y0,Xmin-Lsar/2,Xmax+Lsar/2);xla

45、bel( 距離向 ),ylabel( 方位向 ), title( 方位向壓縮后的圖像 ),% Chirp Scaling 算法%徐一凡clear all;clc;%距離向參數(shù) range:x domainTr=200;%時(shí)寬 200mBr=1;% 帶寬 1Kr=Br/Tr;% 調(diào)頻斜率Fc=4;%載頻 4Nfast=512;% 為了快速運(yùn)算Xc=1200;X0=150;%定義距離向范圍x=Xc+linspace(-X0,X0,Nfast);%x 域序列 :Xc-X0Xc+X0 dx=2*X0/Nfast;% 定義步長(zhǎng)kx=linspace(-1/dx/2,1/dx/2,Nfast);%kx域序列%方位向參數(shù) cross-range:y domainTa=300;%時(shí)寬300m,合成孔徑長(zhǎng)度Ba=1;%帶寬 1(1/m)Ka=Fc/Xc;%調(diào)頻斜率 Ka=Ba/Ta=Fc/XcNslow=1024;%為了快速運(yùn)算Y0=200; y=linspace(-Y0,Y0,Nslow);%y 域序列 :-Y0Y0 dy=2*Y0/Nslow;ky=linspace(-1/dy/2,1/dy/2,Nslow);%ky 域序列%目標(biāo)幾何關(guān)系 target geomet