分位高分辨和合成孔径.doc

第五章 合成孔径雷达成像算法 SAR成像处理最初用光学处理，后来采用数字处理。与光学处理相比，数字处理更精确、更灵活，在距离徙动校正、运动补偿、几何校正和坐标转换等方面有明显的优势。 SAR成像处理主要有两个问题，一是距离徙动校正，二是运动补偿。距离徙动可分解一次的线性分量和二次以上(包括二次)的弯曲分量，线性分量称为距离走动，弯曲分量称为距离弯曲。这一章主要讨论针对不同距离徙动程度情况下，需要采用的不同成像算法，运动补偿将在下一章讨论。 5.1 距离徙动 距离徙动对合成孔径雷达成像是一个重要的问题，虽然在前面已多次提及，这里还要对它作比较系统的介绍。 图5.1正侧视时距离徙动的示意图 距离徙动的情况对不同的波束指向会有所不同，首先讨论正侧视的情况，这时距离徙动可用图5.1来说明。所谓距离徙动是雷达直线飞行对某一点目标（如图中的点）观测时的距离变化。如图5.1所示，天线的波束宽度为，当载机飞到点时波束前沿触及点，而当载机飞到点时，波束后沿离开点，到的长度即有效合成孔径，点对、的转角即相干积累角，它等于波束宽度。点到航线的垂直距离为最近距离。这种情况下的距离徙动通常以合成孔径边缘的斜距与最近距离之差表示，即 （5.1） 在合成孔径雷达里，波束宽度一般较小，，而相干积累角与横向距离分辨率有以下关系：。利用这些关系，（5.1）式可近似写成： （5.2） 假设条带场景的幅宽为，即场景近、远边缘与航线的最近距离分别为和，得场景两端的距离徙动差为 （5.3） 距离徙动和距离徙动差的影响表现在它们与距离分辨率的相对值，如果它们比小得多，就无需作包络移动补偿。因此，定义了相对距离徙动（）和相对距离徙动差（）。 通过上面的讨论，距离徙动与合成孔径雷达诸因素的关系是明显的，从图5.1和（5.2）式可知，对距离徙动直接有影响的是相干积累角，越大则距离徙动也越大。需要大相干积累角的因素主要有两点，一点是要求高的横向分辨率（即要小），另一点是雷达波长较长。在这些场合要特别关注距离走动问题。此外，场景与航线的最小距离越大，距离徙动也越大。这里我们要特别关注场景条带较宽时的相对距离徙动差，他决定对场景是否要作分段的距离徙动补偿。 为了使大家对一般合成孔径雷达的距离徙动有一个数量上的概念，我们在表5.1中列出几种较典型的例子。 表5-1 几种典型SAR参数情况下的距离徙动量（正侧视情况） 机载SAR 星载SAR 波段 X波段 X波段 P波段 L波段 C波段 X波段 波长(m) 0.03 0.03 0.4 0.1 0.06 0.03 距离分辨率(m) 3 1 3 5 3 3 方位分辨率(m) 3 1 3 5 3 3 场景距离(km) 20 20 20 1000 1000 1000 条带宽度(km) 3 3 3 15e3 15e3 15e3 距离弯曲(m) 0.0625 0.5625 11.1111 12.5000 4.5000 3.1250 相对距离弯曲/ 0.0208 0.5625 3.7037 2.5000 0.9000 1.0417 距离弯曲差(m) 0.0094 0.0844 1.6667 0.1875 0.0675 0.0469 相对距离弯曲差/ 0.0031 0.0844 0.5556 0.0375 0.0135 0.0156 以上讨论的是正侧视的情况，斜视的情况可以用图5.2来说明。对比图5.2和图5.1，这时波束指向的斜视角为，图中点为合成孔径中心，它在轴的位置为（=），距点目标的距离为（＝），有效合成孔径长度为。从图5.2中的右图可见，这时斜距与的关系曲线（近似为抛物线）与图5.1的完全相同，只是合成孔径中点不在最近距离点，而是移到图中的点。 图5.2斜视时距离徙动的示意图 根据图5.2的几何关系，可以得到载机沿航线飞行位于某一坐标时的瞬时斜距为 （5.4） 由于，对上式在附近作泰勒级数展开，省略三次项以上的高次项，得（5.4）式的近似式为 （5.5） 如果将正侧视的条件（即，，）代入上式，式中的线性不再存在，而只是二次项表示的距离弯曲。 考虑到，从（5.5）式可知，斜视时的距离弯曲，较正侧视时小，若，则同样的横向偏离时距离弯曲值只有正侧视时的1/8。从（5.5）式还可看出，距离走动与偏离值（）成正比，其比例系数为，而与离航线的距离无关，也就是说，录取数据的相干积累轨迹虽然存在距离和方位的耦合，但耦合关系在条带场景里均相同，而与距航线的距离无