合成孔徑雷達(dá)sar的點(diǎn)目標(biāo)仿真

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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：%%*****************************************************