SAR成像系列:【5】合成孔径雷达(SAR)成像算法-距离多普勒(RD)算法(附Matlab代码)

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完整的距离多普勒算法主要包括距离压缩、距离徙动矫正(矫正距离走动和距离弯曲)、方位压缩等步骤。其中距离走动矫正即可在时域进行也可在频域进行,而距离弯曲矫正一般在多普勒域进行。在距离多普勒域叫作RCMC是算法的主要特定,因此被称为“距离多普勒(RD)”算法。具体算法流程如下图。

sar雷达rd算法,合成孔径雷达(SAR)成像与目标识别,算法

(1)小斜视情况 

前面已经给出里SAR原始信号模型及距离历程的数学模型,分别为

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根据驻定相位原理,距离FFT结果为:

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距离频域匹配滤波函数:

距离压缩的输出为:

其中,pr(.)为sinc函数。

方位频率为.

进行方位FFT:

第一个相位项为固定信息,在成像中一般没用,在干涉成像中非常重要;第二项为方位调制。

为距离多普勒域内的距离等式,根据距离的泰勒展开约等式和,得到

sar雷达rd算法,合成孔径雷达(SAR)成像与目标识别,算法

上式中的第一项与R0有关,表明不同距离单元的距离走动不同,它随距离线性变化;第二项与方位频率有关,是频率的二次函数。对距离徙动矫正可以在距离多普勒域进行sinc插值完成。

完成sinc插值距离徙动矫正后的信号为:

方位压缩的频域参考函数为:

方位压缩后的信号变化到时域为:

(2)大斜视情况 

随着SAR成像斜视角的增大,距离等式应采用更精确的双曲线模型sar雷达rd算法,合成孔径雷达(SAR)成像与目标识别,算法。此时的距离多普勒域为:

其中,,新的调频率为.

距离多普勒域中的距离等式为:

将近似为1,得到


为二次距离压缩(SRC)滤波器的调频率。

当斜视角较大时,距离多普勒域中的Km与Kr存在较大差异,此时使用Kr进行距离压缩会造成散焦。对距离多普勒域的距离徙动矫正进行改进,需要矫正的距离徙动量为:

大斜视的方位滤波器变为:

如果在距离压缩时使用的调频率为Kr,则需按照真实调频率对匹配滤波器进行补偿,补偿的调频率为。使用进行第二次距离压缩称为“二次距离压缩(SRC)”,SRC的匹配函数为

(3)算法仿真

下表为仿真参数:

载频 9.875GHz
雷达高度 500Km
斜视角 30°
带宽 30MHz
雷达速度 7100m/s
目标个数 5
脉冲持续时间 20us

仿真结果:

①回波信号实部sar雷达rd算法,合成孔径雷达(SAR)成像与目标识别,算法

 ②距离压缩结果

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 ③距离走动矫正结果

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 ④距离弯曲矫正和二次距离压缩结果sar雷达rd算法,合成孔径雷达(SAR)成像与目标识别,算法

 ⑤方位压缩成像结果sar雷达rd算法,合成孔径雷达(SAR)成像与目标识别,算法

Matlab 部分代码:

%% 前斜视RD算法   含距离走动矫正和距离徙动矫正(距离多普勒域RCMC与二次距离压缩SRC)
%%% 时域矫正距离走动频域矫正距离弯曲;  算法适用于斜视角较大的情况
%%%Authed  by Piaobo
clear;close all;clc;
SNR = -15;                          % 信噪比

c=3e8;
f0 = 9.875e9;                     % 雷达工作频率Hz
lamda = c/f0;                 % 雷达工作波长m
H = 500e3;                           % 高度
Yc=750e3;                         % 成像区域中线
R0 = sqrt(Yc^2+H^2);       % 中心斜距
theta = asind(H/R0);          % 下视角
alpha = 30;                         %波束斜视角
Rc = R0/cosd(alpha);          %景中心到天线距离
Xc = R0*tand(alpha);             %景中心的方位坐标
Br=30e6;                             % 带宽
Vr = 7100;                           % 雷达有效速度m/s
Tr =20e-6;                          % 脉冲持续时间s
Kr = Br/Tr;                           % 线性调频率
Fr = 1.2*Br;                          % 距离采样频率,1.2为过采样率
Ts = 1/Fr;                             % 距离采样时间间隔s

Nk = ceil((2 * 1000/ c + Tr) / Ts);  %距离向前后500m
Nf = 2^nextpow2(Nk);                % 距离向的采样点个数
tf_ori = [-Nf/2:1:Nf/2-1]*Ts;                     % 距离向采样时序
tf = [-Nf/2:1:Nf/2-1]*Ts+2*Rc/c;                  % 实际快时间采样值

La = 6;                                                % 等效天线尺寸
Ls = R0*lamda/La*cosd(alpha);                   % 合成孔径时长度m,Ls=(0.886*R0*lamda)/(La*cos(Theta))
Ta = Ls/Vr;                                         % 目标照射时间s
% Ta = 0.8;                                         % 目标照射时间s
% Ls =Ta*Vr;
Ka = -2 * Vr^2*(cosd(alpha)).^2 / (lamda * R0);     % 方位多普勒调频率Hz
Ba = 2*Vr*cosd(alpha)/La;%多普勒带宽
% Ba=abs(Ka*Ta);                                             % 多普勒频率调制带宽
PRF = ceil(1.2*Ba);                                       % 方位采样率Hz
% PRF = 1000;                                       % 方位采样率Hz
PRT = 1/PRF;                                      % 方位向采样时间间隔s
Ns = 2^nextpow2((200/Vr+Ta)*PRF);             % 方位向的采样点个数 左右各100m
ts = [-Ns/2 : (Ns/2 - 1)] * PRT;                         % 方位向采样时序
% ts = [-Ns/2 : (Ns/2 - 1)] * PRT+Xc/Vr;                            % 实际方位向采样时序
fdc = 2*Vr*sind(alpha)/lamda;%多普勒中心频率式4.33
fdc_ref=fdc;%参考目标的多普勒中心频率
% 理论分辨率
rho_r=c/2/Br;
rho_a=Vr*PRT;
% rho_a=La/2;

% 目标参数
X0 = [Xc-100 Xc+100 Xc Xc-100 Xc+100];                         % 目标1位置坐标
Z0 = [0 0 0 0 0];
Y0 = [Yc+100 Yc+100 Yc Yc-100 Yc-100];
NT=size(X0,2);

%目标各自的波束中心穿越时刻
eta_c=(X0-sqrt(H^2+Y0.^2)*tand(alpha))/Vr;

%%================================================================
%%生成回波信号
Sb = zeros(Ns,Nf);
sigma = 1; % 回波幅度
for ii=1:NT
    R = sqrt((Vr*ts-X0(ii)).^2+Y0(ii).^2+(Z0(ii)-H).^2);
    tau = 2*R/c;
    Dfast = ones(Ns,1) * tf - tau' * ones(1, Nf);
    phase = pi*Kr*Dfast.^2 - (2 * pi *f0 * tau') * ones(1,Nf);                                           
    Sb = Sb+sigma * exp(1j*phase) .* (abs(Dfast) <= Tr/2) .* ((abs(ts -eta_c(ii)) <=Ta/2)' * ones(1,Nf));
end
% Sb = awgn(Sb,SNR,0);                                % 回波加噪

figure
imagesc(real(Sb)),colormap(gray);

%% 距离向压缩
x0 = ones(Ns,1)*(exp(-1j*pi*Kr*(tf_ori).^2).* (abs(tf_ori) <= Tr/2)); % 距离向匹配函数
fftx1 = fftshift(fft(fftshift(x0.'))).'; % 距离向匹配函数FFT
fftSb = fftshift(fft(fftshift(Sb.'))).'; % 原信号FFT
y0 = fftshift(ifft(fftshift((fftSb.*fftx1).'))).';  % 距离向压缩后信号
%显示
ta = ts * Vr;                                     % 方位向的距离序列
tr = tf * c / 2;                                  % 快时间采样对应的距离域(单程距)
figure;imagesc(abs(y0));colormap(gray);
xlabel('距离向');ylabel('方位向');title('距离向压缩');

%% 距离走动矫正与多普勒中心补偿

具体代码参考:(39条消息) 合成孔径雷达(SAR)成像距离多普勒(RD)算法仿真-行业报告文档类资源-CSDN文库文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-739927.html

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