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1、12电子科技大学2020/5/1SAR成像理论及MatIab仿真张顺生电子科学技术研究院内容简介第一讲SAR成像基本理论第二讲SAR回波信号建模第三讲脉冲压缩技术第四讲驻定相位原理第五讲RD成像算法第六讲SAR图像性能评估参考书目张澄波，综合孔径雷达一原理、系统分析与应用第三章第1,2节和第四章第1,2,3,7节的内容保铮，雷达成像技术第五章中5.1,5.2和5.3节的内容12电子科技大学2020/5/1第_讲SAR成像基本理论SAR发展简史SAR的定义口二维高分辨SAR分类1.1SAR发展简史10电子科技大学2020/5/11951年，美国GoodyearAerospace公司的CarlWi
2、ley首先提出利用频率分析的方法改善雷达的角分辨率。“多普勒波束锐化”“买孔径雷达方位分辨率:多普勒波束锐化方位分率:1953年，在美国密西根大学举办的暑期讨论会上，许多学者提出了利用载机运动可将雷达的真实天线综合成大孔径的线性天线阵列的新概念。1.1SAR发展简史I960年4月，美国在华盛顿机场进行机载合成孔径成像雷达实验取得成功，诞生了国际上第一部合成孔径雷达。7电子科技大学2020/#/11.1SAR发展简史1978年6月，美国从范登堡基地成功发射世界上第颗合成孔径雷达卫星Seasat卫星，开辟了星载SAR的新纪元，使合成孔径雷达卫星成为空间对地观测发展的热点。1979年9月，中科院电子
3、所研制的机载合成孔径雷达原理样机试飞成功，获取了国内第一张合成孔径雷达图像。2007年12月，RADARSAT-2卫星在哈萨克斯坦拜科努尔基地发射升空，它是一颗搭载C波段传感器的高分辨率商用雷达卫星，由加拿大太空署与MDA公司合作。9电子科技大学2020/5/1TerraSAR-X卫星系德国首颗雷达成像卫星，由德国政府机构德国航空中心（DLR）和EADSAstrium公司、Infoterra公司根据公私合营的模式共同开发。1.2SAR的定义将装载着雷达的飞行器沿一定方向以速度V匀速直线前进，同时以固定的重复频率发射并接收信号，并将接收信号的幅度和相位信息存储起来，将它们按阵列回波作合成处理，利
4、用这种合成阵列方式工作的雷达称为合成孔径雷达(SAR,SyntheticApertureRadar)o12电子科技大学2020/5/11.3二维高分辨距离分辨率距离上，区分两个相邻目标的最小距离R.R2incidentpulse卜Treflreflectedpulsereturntgtlreturntgt2tgtltgt2R1R2CTTreflectedpulses|returntgtlexreturntgt2CT13电子科技大学2020/5/1iglllgl2口距禺同分辨通过发射大时宽带宽积信号实现脉冲压缩Pr=2B方位分辨率方位（横向）上，区分同一距离单元内两个相邻目标的最小距离。口角分辨
5、率同一距离上，区分两个相邻目标的最小角度口波束宽度$=实孔径分辨仏Y1.3二维高分辨多普勒频率发射信号雷达到目标的距离NT接收的回波多普勒频移为经正交解调后16电子科技大学2020/5/11.3二维高分辨19电子科技大学2020/5/1方位简分辨定义有效阵列孔径长度厶=緒=石尽则合成阵列的波束宽度为:那么，合成孔径雷达的方位分辨率为:方位同分辨信号处理正侧视模式下勒展开），目标的斜距史可表示为（二阶泰对应的多普勒相位为：匝）=3厂尸2/V瞬时多普勒频移：类比于距离向，方位向也是一个线性调频信号则方位向信号的多普勒带宽为:类比于距离向,方位向分辨率为:D21.4 SAR分类按平台分类口机载SAR
6、口弹载SAR临近空间SAR口星载SAR低轨SAR中轨SAR高轨SAR201.4 SAR分类按波束控制分类条带SAR(Stripmap)天线波束的照射范围为与平台运动方向平行的带状区域聚束SAR(Spotlight)通过控制天线波束指向，使其沿飞行路径连续照射同一目标区域扫描SAR(ScanSAR)通过天线在距离向的扫描来获得宽测绘带1.4 SAR分类条带SAR聚束SAR扫描SAR1.4SAR分类正侧视SAR(Side-looking)天线波束中心指向与平台运动方向垂直斜视SAR(Squint-looking)天线波束中心指向与正侧视方向在侧视平面内有一夹角，称为斜视角口前视SAR(Forwar
7、d-looking)距离向与平台飞行方向一致，方位向与平台飞行方向垂直，这与侧视SAR正好相反。#电子科技大学2020/5/1第二讲SAR回波信号建模stopandgo原理口侧斜视SAR几何模型SAR回波信号模型菲涅尔衍射图SAR回波Mathb仿真实验21Stopandgp原理2020/5/1/电子科技大学P由于电磁波的传播速度远大于机械运动的速度，所以可近似认为SAR飞行到某个位置后，发射一个脉冲信号，然后停在那个位置，待接收到回波后继续飞行一个PRT(PulseRepetitionTime)时间)到达下一个位置后再发射下一个脉冲信号，然后停在那个位置接收回波252.3SAR回波信号模型口点
8、目标回波模型g设雷达发射的脉冲串为：饨M=-eO_每个发射的脉冲为：0(为脉内相位调制函数，通常采用线性调频(=农十设场景中存在一个点目标Pg畀后向散射系数为,在雷达的第n个脉冲发射时刻，天线相位中心与点目标的距离为，则核收的回波信号为：#电子科技大学2020/5/1回波信号通过正交混频后正交混频分布目标回波模型根据点散射模型，分布目标可以分解成多个点目标，则分布目标回波可以表示成多个点目标回波之二维数据录取雷达t距离徙动几何模型回波采集平面#电子科技大学2020/5/1回波信号的频谱及相位2.5SAR回波Matlab仿真实验2.4菲涅尔衍射图#电子科技大学2020/5/1当距离向和方位向调频
9、率符号相反时，点目标回波的菲涅尔衍射图为双曲线。当距离向和方位向调频率符号相同时，回波的菲涅尔衍射图为椭仿真参数设置口实验内容根据仿真参数，产生点目标的SAR回波，绘出菲涅尔衍射图；绘制某一个脉冲回波的时域信号波形及其相位；绘制对应频域信号的波形及其相位。2.5SAR回波Matlab仿真实验参数设计通常，已知SAR系统的工作波段，距离和方位分辨率，测绘带宽，作用距离等。(1)距离维参数信号带宽B=2几口采样率参数设计(1)距离维参数最小及最大斜距fw丫r心貯胪一日+“心ax=卜+*+，距离向采样点数参数设计方位维参数合成孔径长度L合成孔径时间Ts=如多普勒带宽Vpa#电子科技大学2020/5/12.5 SAR回波Matkb仿真实验参数设计(2)方位维参数脉冲重复频率#电子科技大学2020/5/1方位向采样点数2.5SAR回波Matlab仿真实验目标是否被波束照射（条带SAR）V|碣-|耳/2照射条件:#电子科技大学2020/5/1
