【正文】 s direction of travel is termed the azimuth direction and the direction orthogonal thereto and slanted downward is termed range direction. In the course of a flight over an area to be observed, a swath, the length of the scanned stretch is imaged. The width of the swath depends, among other things, on the size of the time window in which the deflected radar echoes are received from a transmitted pulse. The received echoes are then frequencyconverted (mixed), 。 an antenna looking in a direction orthogonal to the direction of travel。First, SAR and ScanSAR systems will be briefly described. Synthetic Aperture Radar (SAR) is used for remote sensing and is increasingly employed for imaging, surveillance and exploration of the Earth39。4 李春升，黃巖，王璇，周蔭清. 基于Chirp Scaling算法的星載SAR成像處理實(shí)現(xiàn)方法. 電子學(xué)報(bào)，1996, 24(6)5 黃巖，李春升，陳杰，周蔭清. 高分辨星載SAR改進(jìn)Chirp ，2000, 28(3)6李春升，李景文，周蔭清. 空載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)及其展望. 電子學(xué)報(bào)，1995, 23(10)7 李春升，李景文，周蔭清. 星載SAR數(shù)字成像處理的實(shí)現(xiàn)方法. 電子學(xué)報(bào)，1993,(9)8 楊士中. 合成孔徑雷達(dá). 國(guó)防工業(yè)出版社, 19819 朱兆達(dá). 中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)報(bào)告. 機(jī)載SAR前斜視區(qū)域成像信號(hào)處理，199810 Scheuer and . Comparison of SAR Data Processors Based a Wave Equation Formulation. IEEE IGARSS39。并且從發(fā)射微波信號(hào)到圖像生成這一系列過(guò)程中，有大量工作是要在空中完成，由于儀器設(shè)備和處理技術(shù)的限制，在每一個(gè)環(huán)節(jié)上都可能會(huì)產(chǎn)生難以預(yù)料的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。四、存在問(wèn)題：（宋體，小四號(hào)字）由于合成孔徑雷達(dá)(SAR)遙感的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得它得到了廣泛的應(yīng)用。為此，SAR平臺(tái)必須安裝精密的導(dǎo)航和姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)（GPS/INS/IMU），多平臺(tái)之間必須采用精密的時(shí)間同步設(shè)備（如原子鐘、GPS授時(shí)等），SAR系統(tǒng)必須采用全極化相控陣天線(xiàn)（靈活的波束掃描能力、大功率合成能力和良好的魯棒性）、采用極高頻率穩(wěn)定度的振蕩源、增大發(fā)射信號(hào)帶寬（有時(shí)必須采用子帶合成）、多通道同時(shí)接收處理，以及與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相適應(yīng)的靈活、穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的成像與圖像處理算法。合成孔徑雷達(dá)還用于深空探測(cè)，例如用合成孔徑雷達(dá)探測(cè)月球、金星的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。它能發(fā)現(xiàn)隱蔽和偽裝的目標(biāo)，如識(shí)別偽裝的導(dǎo)彈地下發(fā)射井、識(shí)別云霧籠罩地區(qū)的地面目標(biāo)等。近年來(lái)還發(fā)展出了專(zhuān)門(mén)的SAR飛機(jī)，例如美國(guó)空軍的E8“聯(lián)合星”空中指揮機(jī)，就擁有強(qiáng)大的合成孔徑能力，可指揮作戰(zhàn)飛機(jī)對(duì)預(yù)定地面目標(biāo)進(jìn)行打擊。合成孔徑雷達(dá)在軍事上的最大作用就是可以全天候監(jiān)控地面目標(biāo)，可用于偵查、導(dǎo)航、精確打擊等多種任務(wù)。二、研究主要成果：（宋體，小四號(hào)字）合成孔徑雷達(dá)就是利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)把尺寸較小的真實(shí)天線(xiàn)孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一較大的等效天線(xiàn)孔徑的雷達(dá)。由于合成孔徑雷達(dá)采用了主動(dòng)式遙感方式，因而具有全天侯、全天時(shí)作業(yè)優(yōu)勢(shì)。而干涉雷達(dá)技術(shù)和差分干涉雷達(dá)技術(shù)則是基于合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的圖像處理方法和模型，是合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用延伸和擴(kuò)展。附錄2燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述 課題名稱(chēng)： 合成孔徑雷達(dá)線(xiàn)頻調(diào)變標(biāo) （CS）成像算法 課題性質(zhì)： 模 擬 課題來(lái)源： 自 選 學(xué)院（系） 里 仁 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè)：　 電子信息工程　　 　　　　　　　 年　　級(jí)： 2003級(jí) 學(xué)生姓名： 王 璇 指導(dǎo)教師： 史 洪 印 2007 年 4 月 1 日一、課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀：（宋體，小四號(hào)字）合成孔徑雷達(dá)圖像處理是近幾年發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科，是當(dāng)今發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的一個(gè)重要學(xué)科。擬解決的主要問(wèn)題： 選擇并創(chuàng)建合適的距離模型； 對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行方位向傅立葉變換； 對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離多普勒域相位補(bǔ)償； 對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離向傅立葉變換； 在二維頻域乘以距離補(bǔ)償因子； 距離向傅立葉逆變換； 方位向傅立葉逆變換； 計(jì)算機(jī)仿真成像；三、研究步驟、方法及措施：（宋體，小四號(hào)） 查閱資料，弄清sar的成像原理 了解sar的各種成像算法的原理，重點(diǎn)研究CS成像算法 用MATLAB語(yǔ)言進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)該算法的成像四、研究工作進(jìn)度：（宋體，小四號(hào)）1——4周：收集有關(guān)資料，消化理解相關(guān)內(nèi)容，確定設(shè)計(jì)方案，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。由于具有全天侯、全天時(shí)作業(yè)優(yōu)勢(shì)，它與其它離散點(diǎn)測(cè)量技術(shù)相比，其測(cè)量結(jié)果具有連續(xù)的空間覆蓋優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)前所未有的、極具發(fā)展?jié)摿Φ目臻g對(duì)地觀測(cè)新技術(shù)。近年來(lái)還發(fā)展出了專(zhuān)門(mén)的SAR飛機(jī)，例如美國(guó)空軍的E8“聯(lián)合星”空中指揮機(jī)，就擁有強(qiáng)大的合成孔徑能力，可指揮作戰(zhàn)飛機(jī)對(duì)預(yù)定地面目標(biāo)進(jìn)行打擊,無(wú)不顯示出合成孔徑雷達(dá)技術(shù)的強(qiáng)大技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。合成孔徑雷達(dá)還用于深空探測(cè)，例如用合成孔徑雷達(dá)探測(cè)月球、金星的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。它能發(fā)現(xiàn)隱蔽和偽裝的目標(biāo)，如識(shí)別偽裝的導(dǎo)彈地下發(fā)射井、識(shí)別云霧籠罩地區(qū)的地面目標(biāo)等。4 李春升，黃巖，王璇，周蔭清. 基于Chirp Scaling算法的星載SAR成像處理實(shí)現(xiàn)方法. 電子學(xué)報(bào)，1996, 24(6)5 黃巖，李春升，陳杰，周蔭清. 高分辨星載SAR改進(jìn)Chirp ，2000, 28(3)6李春升，李景文，周蔭清. 空載合成孔徑雷達(dá)技術(shù)及其展望. 電子學(xué)報(bào)，1995, 23(10)7 李春升，李景文，周蔭清. 星載SAR數(shù)字成像處理的實(shí)現(xiàn)方法. 電子學(xué)報(bào)，1993,(9)8 楊士中. 合成孔徑雷達(dá). 國(guó)防工業(yè)出版社, 19819 朱兆達(dá). 中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)報(bào)告. 機(jī)載SAR前斜視區(qū)域成像信號(hào)處理，199810 Scheuer and . Comparison of SAR Data Processors Based a Wave Equation Formulation. IEEE IGARSS39。Chirp Scaling算法能夠較好地實(shí)現(xiàn)距離徙動(dòng)校正和相位補(bǔ)償,在成像過(guò)程中避免了插值運(yùn)算,僅通過(guò)FFT和復(fù)數(shù)乘法即可以完成成像處理,具有廣闊的應(yīng)用前景。論文介紹了合成孔徑雷達(dá)成像原理，討論了Chirp Scaling(CS)算法的基本原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程,給出了計(jì)算過(guò)程中各個(gè)信號(hào)域的數(shù)學(xué)表達(dá)式,最后給出了點(diǎn)目標(biāo)仿真的成像結(jié)果。在大距離徙動(dòng)情況下，其成像處理的運(yùn)算量要遠(yuǎn)小于精確的RD算法，并且提高了圖像的保真度，尤其是對(duì)相位信息的保留結(jié)論結(jié) 論合成孔徑雷達(dá)(SAR)在成像雷達(dá)中占有絕對(duì)重要的地位，有著廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?，目前是雷達(dá)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 仿真圖形 本章小結(jié) 基于Chirp Scaling的SAR成像算法適合于大斜視角、寬測(cè)繪帶情況下的SAR成像，它利用回波數(shù)據(jù)在方位維及距離維的頻譜，分別乘以相應(yīng)的相位校正因子來(lái)完成方位處理及距離徙動(dòng)校正、二次距離壓縮及距離處理，整個(gè)算法只需要復(fù)乘和FFT變換運(yùn)算，不需要插值運(yùn)算。 方位濾波及殘余相位消除進(jìn)行橫向聚焦處理，在上乘上下面的橫向聚焦參考函數(shù) (323)得到 (324) 方位向IFFTCS算法的最后一步是對(duì)信號(hào)做方位向IFFT (325)完成了成像處理。(321) (322) 式(321)中的第一項(xiàng)完成了二次距離壓縮及距離向聚焦處理，第二項(xiàng)完成了距離徙動(dòng)的校正。第三項(xiàng)是的線(xiàn)性項(xiàng)，對(duì)應(yīng)目標(biāo)的正確位置和徙動(dòng)。考慮式中的相位項(xiàng)，第一項(xiàng)對(duì)應(yīng) 橫向聚焦。 距離向FFT將Chirp Scaling相位修正后的信號(hào)做距離向FFT，回波信號(hào)轉(zhuǎn)換為二維頻域信號(hào)：不同距離上的徙動(dòng)軌跡經(jīng)CS處理后變得一樣.....CS之前。 為所對(duì)應(yīng)的回波中心。 (310) (311) Chirp Scaling相位相乘我們需要校正的徙動(dòng)為 (312)它顯然與距離r有關(guān)。根據(jù)駐留相位原理，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行方位向FFT，信號(hào)在RD域表示為 (36) (37) (38) (39)式中，為包含SRC參數(shù)在內(nèi)的綜合調(diào)頻斜率，C為彎曲因子，表示信號(hào)軌跡與多普勒頻率之間的關(guān)系。通過(guò)選取適當(dāng)?shù)膮?shù)，這種處理可以實(shí)現(xiàn)對(duì)徙動(dòng)的尺度變換，被稱(chēng)為Chirp Scaling 。 Chirp Scaling原理 Chirp Scaling充分利用了發(fā)射信號(hào)為線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的性質(zhì)。在RD域回波信號(hào)與一個(gè)相位修正因子進(jìn)行相位補(bǔ)償，此相位函數(shù)為在RD域上的距離向調(diào)頻函數(shù)，其調(diào)頻率與雷達(dá)發(fā)射的距離向線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻率相比要小得多。此算法對(duì)信號(hào)處理的開(kāi)始和結(jié)束都是取信號(hào)的方位向進(jìn)行變換，距離向處理位于其中，在算法內(nèi)只能進(jìn)行傅氏變換及相乘運(yùn)算，在距離徙動(dòng)校正中不需插值運(yùn)算。 Chirp Scaling算法雷達(dá)信號(hào)處理的目的是從雷達(dá)回波信號(hào)中提取地面目標(biāo)信息。對(duì)方位譜沿距離向展寬的修正是通過(guò)調(diào)整距離參考函數(shù)的調(diào)頻率在一定程度上改善相位補(bǔ)償?shù)亩尉嚯x壓縮來(lái)完成。在RD算法中，由于距離徙動(dòng)的影響，使得每一分辨單元中的調(diào)頻信號(hào)的時(shí)間帶寬積減小，信號(hào)的方位譜在RD域中沿距離向展寬，彌散在不同的距離門(mén)中。r)是隨時(shí)間t變化的函數(shù)，使得某一點(diǎn)目標(biāo)的雷達(dá)回波信號(hào)產(chǎn)生方位維和距離維的藕合，使方位處理變?yōu)閺?fù)雜的二維處理。它導(dǎo)致了各種算法在成像質(zhì)量和運(yùn)算方面的差異。方位壓縮處理則困難得多，這是因?yàn)橛捎诖嬖诰嚯x徙動(dòng)現(xiàn)象，它是一個(gè)二維的移變相關(guān)過(guò)程。 本章小結(jié) SAR成像處理的目的是要得到目標(biāo)區(qū)域散射系數(shù)的二維分布，它是一個(gè)二維相關(guān)處理過(guò)程，通常可以分成距離壓縮處理和方位壓縮處理兩個(gè)部分。當(dāng)然，在一定的條件下，可以將此二維壓縮過(guò)程分解成兩個(gè)一維過(guò)程的級(jí)聯(lián)。從中不難得出，合成孔徑雷達(dá)的理論模型，如圖所示。Chirp Scaling 算法能夠較好地實(shí)現(xiàn)距離徙動(dòng)校正和相位補(bǔ)償，在成像過(guò)程中避免了插值運(yùn)算，僅通過(guò)FFT和復(fù)數(shù)乘法即可以完成成像處理，具有廣闊的應(yīng)用前景。二次距離壓縮算法和波束域算法可以完成距離徙動(dòng)加大時(shí)的成像處理，但需要插值運(yùn)算，運(yùn)算量變得很大。目標(biāo)回波的瞬時(shí)多普勒頻率為 (234) 其中定義為多普勒質(zhì)心，定義為多普勒斜率，這里兩者值分別為， (235)在合成孔徑雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，傳統(tǒng)成像算法如距離/ 多普勒算法只在窄波束和窄信號(hào)帶寬的條件下得到應(yīng)用，可以認(rèn)為信號(hào)方位譜在距離多普勒域沿頻率遷移曲線(xiàn)規(guī)律散布在不同的距離門(mén)中 ,方位向成像可以分為遷移曲線(xiàn)校正和匹配濾波兩步完成。此時(shí)式(226)變?yōu)? (233)式中表示回波信號(hào)經(jīng)變頻將載頻降至偏置頻率后的瞬時(shí)頻率變化，通常稱(chēng)它為點(diǎn)目標(biāo)回波的多普勒頻率歷史，簡(jiǎn)稱(chēng)多普勒歷史。由此式可見(jiàn)，由于存在多普勒頻移，回波信號(hào)的瞬時(shí)頻率將在載波頻率附近作線(xiàn)性變化。 (231)式中c為光速，為雷達(dá)波長(zhǎng)，且，to為雷達(dá)通過(guò)x=x。沿x正方向勻速直線(xiàn)飛行，當(dāng)載機(jī)處于x位置時(shí)雷達(dá)至點(diǎn)P的距離為時(shí)間t的函數(shù)用表示。我們把目標(biāo)P點(diǎn)的坐標(biāo)記為xo，載機(jī) 圖216 機(jī)載SA R的基本幾何關(guān)系示意圖載機(jī)平臺(tái)的坐標(biāo)記為。當(dāng)載機(jī)處在位置2時(shí)，目標(biāo)P點(diǎn)正好處在雷達(dá)波束中心。由圖216可以看出，在