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《合成孔徑雷達(dá)sar的點(diǎn)目標(biāo)仿真》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、SAR的點(diǎn)目標(biāo)仿真合成孔徑雷達(dá)(SAR)的點(diǎn)目標(biāo)仿真一.SAR原理簡(jiǎn)介合成孔徑雷達(dá)(SyntheticApertureRadar,簡(jiǎn)稱SAR)是一種高分辨率成像雷達(dá)技術(shù)。它利用脈沖壓縮技術(shù)獲得高的距離向分辨率,利用合成孔徑原理獲得高的方位向分辨率,從而獲得大面積高分辨率雷達(dá)圖像。SAR回波信號(hào)經(jīng)距離向脈沖壓縮后,雷達(dá)的距離分辨率由雷達(dá)發(fā)射信號(hào)帶寬決定:,式中表示雷達(dá)的距離分辨率,表示雷達(dá)發(fā)射信號(hào)帶寬,表示光速。同樣,SAR回波信號(hào)經(jīng)方位向合成孔徑后,雷達(dá)的方位分辨率由雷達(dá)方位向的多譜勒帶寬決定:,式中表示雷達(dá)的方位分辨率,表示雷達(dá)方位向多譜勒帶
2、寬,表示方位向SAR平臺(tái)速度。二.SAR的成像模式和空間幾何關(guān)系根據(jù)SAR波束照射的方式,SAR的典型成像模式有Stripmap(條帶式),Spotlight(聚束式)和Scan(掃描模式),如圖2.1。條帶式成像是最早研究的成像模式,也是低分辨率成像最簡(jiǎn)單最有效的方式;聚束式成像是在一次飛行中,通過(guò)不同的視角對(duì)同一區(qū)域成像,因而能獲得較高的分辨率;掃描模式成像較少使用,它的信號(hào)處理最復(fù)雜。圖2.1:SAR典型的成像模式這里分析SAR點(diǎn)目標(biāo)回波時(shí),只討論正側(cè)式StripmapSAR,正側(cè)式表示SAR波束中心和SAR平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向垂直,如圖2.2,
3、選取直角坐標(biāo)系XYZ為參考坐標(biāo)系,XOY平面為地平面;SAR平臺(tái)距地平面高h(yuǎn),沿X軸正向以速度V勻速飛行;P點(diǎn)為SAR平臺(tái)的位置矢量,設(shè)其坐標(biāo)為(x,y,z);T點(diǎn)為目標(biāo)的位置矢量,設(shè)其坐標(biāo)為;由幾何關(guān)系,目標(biāo)與SAR平臺(tái)的斜距為:(2.1)由圖可知:;令,其中為平臺(tái)速度,s為慢時(shí)間變量(slowtime),假設(shè),其中表示SAR平臺(tái)的x坐標(biāo)為的時(shí)刻;再令,-14-SAR的點(diǎn)目標(biāo)仿真表示目標(biāo)與SAR的垂直斜距,重寫2.1式為:(2.2)就表示任意時(shí)刻時(shí),目標(biāo)與雷達(dá)的斜距。一般情況下,,于是2.2式可近似寫為:(2.3)可見(jiàn),斜距是的函數(shù),不同的目
4、標(biāo),也不一樣,但當(dāng)目標(biāo)距SAR較遠(yuǎn)時(shí),在觀測(cè)帶內(nèi),可近似認(rèn)為不變,即。圖2.2:空間幾何關(guān)系(a)正視圖(b)側(cè)視圖圖2.2(a)中,表示合成孔徑長(zhǎng)度,它和合成孔徑時(shí)間的關(guān)系是。(b)中,為雷達(dá)天線半功率點(diǎn)波束角,為波束軸線與Z軸的夾角,即波束視角,為近距點(diǎn)距離,為遠(yuǎn)距點(diǎn)距離,W為測(cè)繪帶寬度,它們的關(guān)系為:(2.4)-14-SAR的點(diǎn)目標(biāo)仿真一.SAR的回波信號(hào)模型SAR在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,以一定的PRT(PulseRepititionTime,脈沖重復(fù)周期)發(fā)射和接收脈沖,天線波束照射到地面上近似為一矩形區(qū)域,如圖2.2(a),區(qū)域內(nèi)各散射元(點(diǎn))
5、對(duì)入射波后向散射,這樣,發(fā)射脈沖經(jīng)目標(biāo)和天線方向圖的調(diào)制,攜帶目標(biāo)和環(huán)境信息形成SAR回波。從時(shí)域來(lái)看,發(fā)射和接收的信號(hào)都是一時(shí)間序列。圖3.1:SAR發(fā)射和接收信號(hào)圖3.1表示SAR發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)域序列。發(fā)射序列中,為chirp信號(hào)持續(xù)時(shí)間,下標(biāo)表示距離向(Range);PRT為脈沖重復(fù)周期;接收序列中,表示發(fā)射第個(gè)脈沖時(shí),目標(biāo)回波相對(duì)于發(fā)射序列的延時(shí);陰影部分表示雷達(dá)接收機(jī)采樣波門,采樣波門的寬度要保證能罩住測(cè)繪帶內(nèi)所有目標(biāo)的回波。雷達(dá)發(fā)射序列的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:(3.1)式中,表示矩形信號(hào),為距離向chirp信號(hào)的調(diào)頻斜率,為載頻。雷達(dá)回
6、波信號(hào)由發(fā)射信號(hào)波形,天線方向圖,斜距,目標(biāo)RCS,環(huán)境等因素共同決定,若不考慮環(huán)境因素,則單點(diǎn)目標(biāo)雷達(dá)回波信號(hào)可寫成:(3.2)式中,為點(diǎn)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面,表示點(diǎn)目標(biāo)天線方向圖雙向幅度加權(quán),表示載機(jī)發(fā)射第n個(gè)脈沖時(shí),電磁波在雷達(dá)與目標(biāo)之間傳播的雙程時(shí)間,,代入3.2式(3.3)-14-SAR的點(diǎn)目標(biāo)仿真3.3式就是單點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)模型。其中,為chirp分量,它決定距離向分辨率,為doppler分量,它決定方位向分辨率。距離向變量遠(yuǎn)大于方位向變量t(典型相差量級(jí)),于是一般可以假設(shè)SAR滿足“停-走-停”模式,即SAR在發(fā)射和接收一個(gè)脈沖信
7、號(hào)中間,載機(jī)未發(fā)生運(yùn)動(dòng)。為了理論分析方便,稱為慢時(shí)間變量(slowtime),稱t為快時(shí)間變量(fasttime)于是,一維回波信號(hào)可以寫成二維形式,正交解調(diào)去除載波后,單點(diǎn)目標(biāo)的回波可寫成:(3.3)圖3.2:?jiǎn)吸c(diǎn)目標(biāo)回波二維分布示意圖在方位向(慢時(shí)間域)是離散的,,其中V是SAR的速度,是0時(shí)刻目標(biāo)在參考坐標(biāo)系中的x坐標(biāo)。為了作數(shù)字信號(hào)處理,在距離向(快時(shí)間域)也要采樣,假設(shè)采樣周期為Tr,則,如圖3.2,方位向發(fā)射N個(gè)脈沖,距離向采樣得到M個(gè)樣值點(diǎn),則SAR回波為一矩陣,K個(gè)理想點(diǎn)目標(biāo)的回波經(jīng)采樣后的表達(dá)式為:(3.4)-14-SAR的點(diǎn)
8、目標(biāo)仿真上式用Matlab語(yǔ)言可表示為:%%*****************************************************