距离多普勒算法在合成孔径雷达应用研究Word格式文档下载.docx

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随着SAR成像处理技术的发展，它已经广泛被用于军事、经济等方面。

本文将机载合成孔径雷达成像算法作为主要的研究内容，在成像过程中主要针对距离多普勒算法（RD）、线频调变标算法（CS）进行推理和仿真研究。

[关键词]合成孔径雷达，距离多普勒算法（RD），线频调变标算法（CS）中图分类号：

TN95文献标识码：

A文章编号：

1009-914X（2015）24-0162-021引言机载SAR成像[6]作为雷达的一个新兴发展技术，在国内外具有广阔的应用前景。

它具有全天候、全天时、远距离成像的特点，它不仅能够识别场景中的目标，而且它还可以在能见度极为恶劣的气象条件下得到可与光学影像相媲美的高分辨率雷达图像，大大提高了雷达的工作能力。

现在国内外的许多雷达均配有二维成像功能，在军用和民用方面均有重大实用价值。

正是由于合成孔径雷达的种种优点，国内外都对其进行了较为深入的研究，并且取得的很大的进步。

本文将机载合成孔径雷达成像算法作为主要的研究内容，在成像过程中主要针对距离多普勒算法（RD）、线频调变标算法（CS）进行推理和仿真研究，并对其进行比较，得出其优缺点。

2距离-多普勒算法（RDA）2.1正侧视时的距离-多普勒算法所谓正侧视指的是雷达指向与雷达平台运动方向垂直。

如图1在图中=0，雷达和目标间的斜距变为：

雷达接收到的信号[1]为：

成像处理的任务就是要把这个二维分布的信号依次经过距离压缩，方位向压缩而成为一个点，从而得到高分辨率的目标图像信号。

正侧视RD算法的流程图如下

仿真结果如下：

2.2斜视情况下的距离-多普勒算法在这次斜视情况下，斜视角，多普勒中心频率不等于0，引起的距离走动也不为0。

与星载SAR相比，机载SAR飞行范围小，距离弯曲量很小，因此在实际应用中，为了减少计算量，可以忽略距离弯曲矫正，只是单独进行距离走动矫正，距离走动矫正是在距离压缩后的时域进行的。

距离压缩后，点目标信号在距离方向续航的散布已经被压缩，但是由于sinc函数的存在，使得距离压缩后的信号波形不是沿着X轴方向，发生了曲线偏离，这就是距离徙动现象。

距离走动为[1]：

。

距离走动量和方位慢时间是线性关系，距离频域方位时域内进行矫正，乘以作为补偿距离的线性频率相位因子[3]。

矫正距离走动的信号为：

=。

3线频调变标（CS，Chirp 

Scaling）算法3.1Chirp 

Scaling原理合成孔径雷达发射的信号通常是具有大时宽带宽积的线性调频信号[5]。

CS算法充分利用了此性质，对于线性调频信号，可以给回波信号乘上一个线性相位因子使得位于不同距离上的信号的距离徙动曲线相同，，这样就可以通过同一线性相位就可校正所有点的距离徙动。

设线性调频信号f（t）的调频率为k，相位中心为，其表达式为将信号乘以一个调频率为，相位中心为0的线性调频信号，相乘结果[2]为：

化简可得。

由上面式子，明显可看出，得到的这一信号可以看成是一个调频率为，相位中心为，残余相位为的线性调频信号。

新相位中心随着气的变化呈线性规律变化。

以上介绍的就是CS算法处理过程的基本思想，主要概括起来就是利用一个相位因子使LFM信号的相位特性被改变了，完成了点目标对距离徙动曲线的尺度变换，最终使得距离徙动校正处理变的简单化。

3.2正侧视时线频调变标（CS，Chirp 

Scaling）算法其对应仿真验证为：

4结论距离多普勒算法是SAR成像处理中应用很广泛的经典算法。

它的主要特点是距离徙动矫正是在距离多普勒域实现的，并且每次操作都是基于一维的运算，无需在频域操作，所以可以实现高效的流水处理。

作为一种频域算法，距离多普勒算法的独特之处在与它较容易适应参数沿距离向的变化，这种适应性源于数据的距离多普勒域处理（其中一维是距离时间）。

但是，由于RD算法中的距离徙动校正是通过随距离时间变化的插值函数实现的，因此计算量大，通常要进行近似，从而限制了它的精度；

并且RD算法与其他算法相比对斜视角及波束宽度的限制相对严格，当斜视角较大时及时在二维频域中实现二次距离压缩算法，距离方位耦合和距离向时间的依赖关系也没有被补偿，将会产生相位失真。

所以大斜视角大波束的SAR用距离多普勒算法成像一般不能实现目标的精确聚焦。

CS算法是对RD算法的改进，它也是将二维处理分解成一维处理，不同的是CS算法不是通过插值来校正距离徙动。

在发射信号是线性调频信号的情况下，ChirpScaling可对其进行微小的非线性尺度变化。

在CS算法中通过简单的相位相乘就能够高效准确的完成残余的距离徙动校正。

CS算法首先通过方位傅里叶变换将距离压缩前的信号变换至距离多普勒域在对其进行变标完成补余的距离徙动校正，使信号中的距离徙动变为一致的，然后再通过二维频域的参考函数相乘完成一致距离徙动校正，这样就避免了相位失真和大运算量。

但算法中涉及三次距离转置，因此需要很大的存储空间。

参考文献[1]范乃强，王英民.合成孔径声纳成像改进距离-多普勒算法研究计算机仿真，2014.10.[2]尤畅，万里萍，卢迪.SAR处理-距离多普勒算法原理.测绘与空间地理信息，2013.11.[3]秦玉亮，王建涛，王宏强，黎湘.基于距离-多普勒算法的机载大斜视SAR成像.电子与信息学报，2009.11.[4]洪文.胡东辉合成孔径雷达成像---算法与实现电子工业出版社，2007.[5]皮亦鸣，杨建宇.合成孔径雷达成像原理电子科技大学出版社，2006.[6]保铮，刑孟道，王彤雷达成像技术电子工业出版社，2005.