【文章內(nèi)容簡介】 rmayer等人結(jié)合CS算法，提出頻率變化（Frequency Scaling）算法，1995年Lanari等人提出對任意信號形式成立的傅里葉變換法（ISCFT），對SAR成像算法的研究仍在持續(xù)的進(jìn)行著。針對大斜視SAR 回波信號的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的CS 算法進(jìn)行改進(jìn)，將距離移動的校正在時(shí)域和頻域中分別進(jìn)行，首先在時(shí)域校正距離走動，然后在頻域校正距離彎曲。經(jīng)過時(shí)域去走動處理后，距離向和方位向的耦合大大降低，不僅可適應(yīng)大斜視角的成像要求，而且測繪帶寬度也會增大。由于時(shí)域去走動處理會引起方位向存在聚焦深度，分析和仿真了影響聚焦深度的因素。仿真結(jié)果表明，該算法具有較高的精度，可滿足大斜視角和較大測繪帶寬度成像要求。 SAR 斜視回波模型 斜視SAR 回波幾何模型SAR回波模型是算法仿真的基礎(chǔ)，在回波模型基礎(chǔ)上可通過計(jì)算機(jī)仿真構(gòu)建成像場景的模型。回波數(shù)據(jù)的仿真可分為正向法和逆向法，正向法是逐個(gè)發(fā)射脈沖計(jì)算SAR 回波，其優(yōu)點(diǎn)是可以保證仿真逼真度，缺點(diǎn)是計(jì)算效率低。斜視SAR 回波模型有別于正側(cè)視時(shí)的情況，SAR 與點(diǎn)目標(biāo)之間的幾何關(guān)系。載機(jī)的速度為，斜視角大小為，點(diǎn)目標(biāo)P和SAR 的最近距離設(shè)為，視線距離為，設(shè)載機(jī)位于 點(diǎn)的時(shí)刻為時(shí)間起點(diǎn)，此時(shí)波束射線通過P 點(diǎn)而與航線的平行線交于 點(diǎn)，將此點(diǎn)作為該平行線上的時(shí)間起點(diǎn)。經(jīng)過時(shí)間后，載機(jī)飛行至點(diǎn)，設(shè)點(diǎn)目標(biāo)與之間的橫向距離為，在中由余弦定理，可得雷達(dá)與目標(biāo)的瞬時(shí)斜距為：…………公式 四 —（12） 距離移動分析在上式中，令，將在處按照泰勒級數(shù)展開并保留至第三階，可得…………公式 四 —（13）2式中的線性項(xiàng)為距離走動，………………公式 四 —（14）高次項(xiàng)為距離彎曲，……………………………公式 四 —（15）同時(shí)定義距離走動總量為，距離彎曲總量為，則有 …………………………公式 四 —（16）為了分析距離走動和距離彎曲隨斜視角變化關(guān)系，選擇天線長度為2 m，載機(jī)速度為250 m/s， km，帶寬為60 MHz， 雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行仿真分析。當(dāng)將距離走動校正后，只剩下的距離彎曲，側(cè)視的成像處理算法就可以滿足成像要求，因此改進(jìn)常規(guī)的CS 算法，并結(jié)合時(shí)域的去走動即可滿足大斜視成像要求。 改進(jìn)的CS算法改進(jìn)后的CS 算法步驟如下：(1)進(jìn)行去走動處理，將回波信號的線性走動去除。(2)將處理后的回波信號進(jìn)行方位向FFT 變換，變換到距離多普勒域中，采用駐定相位原理。CS 算法校正距離移動是通過選定參考距離，然后將場景中的其余目標(biāo)的距離移動補(bǔ)償成和參考距離處的相同，之后再做統(tǒng)一處理從而完成整個(gè)場景的RCMC，另外在距離多普勒域中還需要選擇一個(gè)參考頻率，通常選擇多普勒中心頻率。五、算法的Matlab仿真 RD算法 仿真參數(shù)采用美制GERA一2495一l機(jī)載SAR系統(tǒng)真實(shí)參數(shù)作為仿真實(shí)驗(yàn)的基本參數(shù)，其主要參數(shù)如下：，線性調(diào)頻脈沖帶寬80MHz，脈沖帶寬lus，載波頻率fc=，與測繪帶的垂直斜距凡=13700m，載機(jī)飛行速度200m／s，30斜視角。 仿真結(jié)果、： 雷達(dá)獲取的原始信號圖 處理后的多普勒頻域譜圖 經(jīng)MRC處理后的RD域頻譜 點(diǎn)目標(biāo)成像圖圖一時(shí)沒有經(jīng)過處理，由雷達(dá)直接獲取的圖像，從圖中可以看出這種沒有經(jīng)過提取的圖像中，含有很多頻率復(fù)雜的成分，有些重要的信號或許淹沒在雜波信號中，并且成像的方位角和成像范圍分布不集中。為了更好地獲得需要的信息，必須對這種圖像進(jìn)行加工處理，圖二是運(yùn)用多普勒算法提取的圖像信息，得到了兩條相對重要的信號頻譜，其成像方位角和成像范圍都集中在一定的范圍內(nèi)，但仍含有一些雜波信號。圖三是經(jīng)過RMC技術(shù)處理得到的RD域的頻譜，在圖二的基礎(chǔ)上濾除了雜波信號。圖四從濾除雜波的信號進(jìn)行點(diǎn)目標(biāo)成像，從圖中可以清晰地看到選取的三個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的圖像，其成像方位角和成像范圍進(jìn)一步集中，并且點(diǎn)目標(biāo)圖像的分辨率很高。 CS算法如何利用分布式雷達(dá)系統(tǒng)的回波數(shù)據(jù)，得到高分辨率的圖像，是當(dāng)前雷達(dá)成像技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。對分布式系統(tǒng)的多組回波數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域/多普勒域疊加合成及成像處理，可以得到高分辨率的成像結(jié)果。目前，分布式雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛仍是RD成像處理算法。然而，由于分布式系統(tǒng)在觀測中多涉及到大斜視角成像的問題，而RD算法受斜視及距離彎曲影響較大，同時(shí)插值提高了運(yùn)算量，往往不能滿足成像精度需求。鑒于此，本文嘗試在分布式雷達(dá)成像中引入避免插值運(yùn)算、精度更高的CS算法，探討CS算法應(yīng)用于分布式雷達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)勢、處理特點(diǎn)及成像效果。 仿真參數(shù)為了驗(yàn)證算法的有效性，通過模擬場景回波信號，來對改進(jìn)后的算法進(jìn)行仿真，系統(tǒng)仿真參數(shù)如表1 所示。同時(shí)為了演示幾何校正的效果，選取測繪帶寬度為250 m，方位向?qū)挾葹?50 m 的場景，假設(shè)場景中包含9個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，這些點(diǎn)呈等間隔分布，以場景中心為原點(diǎn)，在距離向和方位向均相隔100m。 SAR系統(tǒng)仿真參數(shù)表SAR系統(tǒng)仿真參數(shù)飛行速度250 m/s發(fā)射信號帶寬60 MHz天線長度4 m成像中心斜距 km載波波長 m距離向采樣率脈沖寬度2 us方位向采樣率斜視角60橫向聚焦深度 m 點(diǎn)目標(biāo)成像指標(biāo)點(diǎn)成像性能指標(biāo)　方位向距離向　擴(kuò)寬比PSLRISLR擴(kuò)寬比PSLRISLR近距點(diǎn)參考點(diǎn)遠(yuǎn)距點(diǎn)1。037176。時(shí)改進(jìn)后的CS 算法在近距點(diǎn)、參考距離處和遠(yuǎn)距點(diǎn)處的成像性能參數(shù)，這里的擴(kuò)展比是按照3 dB 的寬度來計(jì)算實(shí)際值和理論值的比例。ISLR 理論值在10 dB 左右，PSLR 為13 dB，本文在成像過程中并沒有進(jìn)行加窗處理，成像結(jié)果表明算法滿足大斜角情況下的SAR 成像要求。 仿真結(jié)果、： 雷達(dá)獲取的原始信號圖 經(jīng)距離向匹配濾波器處理后的頻譜圖 消除相位影響后的頻譜圖 消除相位后的點(diǎn)目標(biāo)成像圖 仿真性能分析圖五時(shí)沒有經(jīng)過處理，由雷達(dá)直接獲取的圖像，從圖中可以看出這種沒有經(jīng)過提取的圖像中，含有很多頻率復(fù)雜的成分，有些重要的信號或許淹沒在雜波信號中，并且成像的方位角和成像范圍分布不集中。為了更好地獲得需要的信息，必須對這種圖像進(jìn)行加工處理，圖六是運(yùn)用距離向匹配濾波法提取的圖像信息，得到了相對重要的信號頻譜，其成像范圍集中在一定的范圍內(nèi)，但仍含有一些雜波信號。圖七是消除相位誤差后得到的頻譜，可以看到目標(biāo)成像范圍主要集中在0到50之間。圖八從消除相位誤差的信號進(jìn)行點(diǎn)目標(biāo)成像，從圖中可以清晰地看到選取的三個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的圖像，其成像方位角顯著集中，并且點(diǎn)目標(biāo)圖像的分辨率很高且成像亮度高。由上述分析可知，將時(shí)域去走動和CS 算法相結(jié)合，可以有效地減小距離向和方位向的耦合，滿足較大斜視角時(shí)的成像要求，而且成像的測繪帶寬度也大大增加。六、成像算法對分辨率的影響改進(jìn)的RD算法和CS算法中，如果多普勒參數(shù)不準(zhǔn)確，則影響相位補(bǔ)償因子的精度，降低成像質(zhì)量和分辨率。下面首先分析多普勒參數(shù)誤差對成像質(zhì)量和分辨率的影響，然后給出改進(jìn)算法中多普勒參數(shù)的估計(jì)與設(shè)定方法。 多普勒中心頻率誤差多普勒中心頻率的誤差引起圖像信噪比下降，模糊度變差，、模糊度變差的定量分析與天線方向性圖、 ………………………………公式 六 —（1）方位向位置偏移為 ………………………………………公式 六 —（2）其中為波束指向在地面的移動速度。 多普勒調(diào)頻誤差多普勒調(diào)頻率影響圖像的聚焦，多普勒調(diào)頻率的誤差，在成像處理中表現(xiàn)為二次相位誤差。多普勒調(diào)頻率誤差r在合成孔徑時(shí)間引起的最大二次相位誤差為 ………………………………………公式 六 —（3），即分辨率降低，從上式中可以看出如果孔徑時(shí)間不同，相同的多普勒調(diào)頻率誤差帶來的二次相位誤差也不同，因此對分辨率的影響也不同。 改進(jìn)型算法的多普勒參數(shù)估計(jì)與設(shè)定從星歷參數(shù)計(jì)算得到的多普勒參數(shù)不能滿足精確成像的要求，可以利用回波數(shù)據(jù)本身，自聚焦估計(jì)多普勒調(diào)頻率的基本思想，也可以用于改進(jìn)的Chirp ：(1)利用星歷數(shù)據(jù)估計(jì)多普勒中心頻率和多普勒調(diào)頻率的初值和。(2)計(jì)算和，完成改進(jìn)Chirp Scaling算法步驟，得到圖像的多普勒頻譜。(3)用多普勒頻譜能量均衡的方法通過迭代估計(jì)多普勒中心頻率。(4)用子孔徑成像方法估計(jì)多普勒調(diào)頻率。(5)將和r用地計(jì)算和，重復(fù)步驟(2)～(5)直到精度滿足要求為止。七、總結(jié)本文簡要介紹解SAR的應(yīng)用，闡述了 SAR成像原理和成像算法，以點(diǎn)目標(biāo)為例，在Matlab平臺上仿真成像算法，分析成像算法對分辨率的影響。在運(yùn)用RD算法和CS算法時(shí)，分析了斜視情況SAR空間幾何模型和回波信號模型，分析了SAR斜視情況下成像處理，提出了一種改進(jìn)的RD方法，通過計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了提出算法的正確性，并給出了點(diǎn)目標(biāo)仿真結(jié)果和主要參數(shù)。該方法避免了距離走動的插值校正，在距離頻域使得被補(bǔ)償為零，從而降低了計(jì)算復(fù)雜度，提高了運(yùn)算速度。但成像處理時(shí)使用的是二階逼近距離模型，未考慮距離方程的三次以上項(xiàng)，且距離彎曲校正使用的是插值運(yùn)算，因此，算法只能對小斜視SAR進(jìn)行較好精度的成像，對于大斜視SAR模式，不可避免的存在成像精度差的缺陷。致謝本論文是在黃瑤老師的悉心指導(dǎo)下完成的。老師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠(yuǎn)。不僅是我樹立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與人處事的道路。本論文從選題到完成，每一步都是在黃瑤老師的指導(dǎo)下完成了，傾注了老師大量的心血。黃瑤老師在我作論文的整個(gè)過程中給予充分而細(xì)致的指導(dǎo)，首先給予了開題報(bào)告和論文正文部分的模板和相關(guān)注意事項(xiàng)，然后不厭其煩的幫忙審核修改開題報(bào)告中的問題，細(xì)致到錯別字的指正。在完成論文正文部分時(shí)，給我們做好時(shí)間安排，讓我有條不紊的完成論文整個(gè)過程，在此表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)[1] S．A．霍凡尼斯恩，合成矩陣與成像雷達(dá)導(dǎo)論，西安，宇航出版社，1983,625647[2] 張澄波，綜合孔經(jīng)霍達(dá)原理、系統(tǒng)分析與應(yīng)用，北京，科學(xué)出版社，1989,297315[3] 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