合成孔徑雷達(dá)成像算法的研究

周學(xué)軍

【摘要】 合成孔徑雷達(dá)是一種抗干擾能力強(qiáng)，成像效果好的新型雷達(dá)，廣泛應(yīng)用在軍事領(lǐng)域，具有非常重要的作用，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將逐步應(yīng)用的其它領(lǐng)域，前景廣闊。針對(duì)合成孔徑雷達(dá)的成像算法研究一直是雷達(dá)成像算法研究的重點(diǎn)，本文主要研究了合成孔徑雷達(dá)成像的距離—多普勒成像算法、雙戰(zhàn)合成孔徑雷達(dá)的成像算法以及調(diào)頻連續(xù)波合成孔徑雷達(dá)成像算法，通過(guò)對(duì)這三種合成孔徑雷達(dá)算法的研究，總結(jié)了三種合成孔徑雷達(dá)成像算法的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，為以后的雷達(dá)成像算法提供了借鑒。

【關(guān)鍵詞】 合成孔徑 雷達(dá)成像 算法研究

引言：合成孔徑雷達(dá)具有分辨能力好、抗干擾能力強(qiáng)、能夠全時(shí)段觀(guān)測(cè)的特點(diǎn)，這就使得合成孔徑的雷達(dá)能夠廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，并發(fā)揮著十分重要的作用。因此，研究合成孔徑雷達(dá)成像算法就十分必要了，由于傳統(tǒng)的合成孔徑雷達(dá)成像的算法存在這一定的缺陷，因此，要研究出合成孔徑雷達(dá)成像的新算法，從而使合成孔徑雷達(dá)的成像更加準(zhǔn)確，為以后合成孔徑雷達(dá)的廣泛應(yīng)用提供基礎(chǔ)，也希望能夠使合成孔徑雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)更加突出。

一、SAR成像的距離—多普勒成像算法

距離—多普勒成像算法是比較基礎(chǔ)的合成孔徑雷達(dá)成像算法，這種算法的直觀(guān)性較強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于多種合成孔徑雷達(dá)的算法中，是由時(shí)域算法演變而來(lái)的。距離多普勒算法又稱(chēng)RD算法，其基本的原理是將二維的處理分解成為兩個(gè)相級(jí)聯(lián)的一維處理，在對(duì)相位進(jìn)行計(jì)算時(shí)只考慮一次項(xiàng)，然后將距離壓縮后的數(shù)據(jù)沿方位向作FFT，變化到距離多普勒域，最后完成距離遷移校正和方位向壓縮。

距離—多普勒成像算法的步驟主要分三步：首先是距離向壓縮，其實(shí)也就是一個(gè)匹配濾波器。其次是距離遷移校正，也就是在距離向壓縮后進(jìn)行菲涅爾近似，從而得到一個(gè)現(xiàn)行調(diào)頻信號(hào)，這時(shí)，回波的相位已經(jīng)與距離無(wú)關(guān)，只需對(duì)距離單元校正就可對(duì)回波歷程曲線(xiàn)進(jìn)行方位向壓縮最后進(jìn)行方位向壓縮，信號(hào)沿方位向的軌跡由曲線(xiàn)編程直線(xiàn)，這時(shí)方位向壓縮就成為了一維，與距離向壓縮一致，直接利用匹配濾波即可實(shí)現(xiàn)方位向壓縮。最后，生成圖像。

二、雙站SAR的成像算法

雙站合成孔徑雷達(dá)成像算法是以單站合成孔徑雷達(dá)成像算法為基礎(chǔ)的算法研究，單站合成孔徑雷達(dá)成像已經(jīng)對(duì)成像的空間幾何模型和信號(hào)模型、距離歷程、時(shí)域和頻域的點(diǎn)目標(biāo)回波沖激相應(yīng)等基礎(chǔ)性的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)而充分的研究，雙站合成孔徑雷達(dá)成像算法將針對(duì)SAR的二維頻譜的求解問(wèn)題等進(jìn)行分析研究，從而得到一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論。雙站SAR的點(diǎn)目標(biāo)響應(yīng)二維頻譜有單站項(xiàng)和雙站項(xiàng)兩部分組成。而單站項(xiàng)和單站SAR二維頻譜的形式相似，雙站項(xiàng)受到受到平臺(tái)集合結(jié)構(gòu)的影響較大，成像容易出現(xiàn)較為嚴(yán)重的散焦現(xiàn)象。

雙站SAR的回波信號(hào)在距離向和方位向上都應(yīng)用了駐定相位原理進(jìn)行分析，具體算法步驟可以總結(jié)為：1、在距離向進(jìn)行FFT，將信號(hào)變換到距離頻率域。2、在距離頻率域中對(duì)距離向進(jìn)行壓縮。3、在距離向進(jìn)行IFFT，將信號(hào)變換到距離時(shí)域。4、在時(shí)域進(jìn)行線(xiàn)性相位的去除操作。5、進(jìn)行NLCS操作。6、在方位向進(jìn)行FFT，將信號(hào)變換到多普勒域。7、進(jìn)行校正工作。8、使用匹配濾波器進(jìn)行方位向壓縮。9、進(jìn)行方位向IFFT，將信號(hào)轉(zhuǎn)換到二維時(shí)域。

三、調(diào)頻連續(xù)波SAR成像算法

調(diào)頻連續(xù)波SAR算法是一種新的成像算法，以鋸齒波為例研究其基本原理，線(xiàn)性調(diào)頻連續(xù)波的發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)進(jìn)行混頻，混頻后，經(jīng)過(guò)低通濾波器得到去調(diào)頻后的中頻回波信號(hào)。然后進(jìn)行距離壓縮，解調(diào)頻的線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)的距離壓縮可以通過(guò)對(duì)差頻信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換來(lái)完成，差頻信號(hào)在距離頻率域中，目標(biāo)信號(hào)的距離頻率存在一定的延時(shí)，最后經(jīng)過(guò)RVP濾波器輸出時(shí)域。完成距離壓縮后，需對(duì)壓縮信號(hào)進(jìn)行方位壓縮。與脈沖體制的SAR相似，在方位向上也可以將信號(hào)金思維線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào)，用匹配濾波器進(jìn)行方位向上的壓縮。壓縮完成后，要對(duì)多普勒域距離變化進(jìn)行校正，通過(guò)匹配濾波器將信號(hào)變換為二維。最后，將距離向和方位向都完成壓縮后，得到最后的SAR成像結(jié)果。隨著人們對(duì)雷達(dá)成像的關(guān)注度越來(lái)越高，調(diào)頻連續(xù)波SAR成像算法為合成孔徑雷達(dá)成像算法的研究提供了一定的研究?jī)r(jià)值。

結(jié)束語(yǔ)：合成孔徑雷達(dá)成像算法一致是合成孔徑雷達(dá)研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一，針對(duì)一系列的合成孔徑雷達(dá)成像算法，重點(diǎn)研究了距離—多普勒算法、雙站合成孔徑雷達(dá)成像算法、調(diào)頻連續(xù)波合成孔徑雷達(dá)成像算法，通過(guò)對(duì)這三種合成孔徑雷達(dá)成像算法的分析和研究，找出了這三種算法的成像原理和基本成像算法，這些算法都將為合成孔徑雷達(dá)成像算法的研究提供一定的參考，結(jié)合不同算法的特點(diǎn)和對(duì)信號(hào)的處理方法，研究新型的合成孔徑雷達(dá)成像算法，為以后合成孔徑雷達(dá)成像算法的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]黎劍兵.多通道合成孔徑雷達(dá)成像關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué).2015.

[2]婁軍.超寬帶合成孔徑雷達(dá)淺埋目標(biāo)特征獲取技術(shù)研究[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué).2013.

[3]王恩宏，蔡曉春等.合成孔徑激光雷達(dá)自適應(yīng)成像技術(shù)[J].電光與控制. 2010（11）.

[4]吳玉峰，孫光才，邢孟道，保錚. 掃描SAR全孔徑成像處理方法[J].子與信息學(xué)報(bào). 2011（10）.