合成孔径雷达开题报告-史陆敏

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1、 燕 山 大 学本科毕业设计(论文)开题报告课题名称： 合成孔径雷达Chirp Scaling成像算法研究 学 院(系)： 信息科学与工程学院 年级专业： 07级电子信息工程4班 学生姓名： 史 陆 敏 指导教师： 史 洪 印 完成日期： 2011年3月24日 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1. 选题的依据和意义合成孔径雷达（SAR）是二十世纪五十年代发展起来的一种微波高分辨率雷达。它具有全天时、全天候、大面积、远距离的成像能力，能够在能见度极差的气象条件下，从空中实时或近似实时地提供类似光学照片的两维地物、地貌图像，并且具有良好的空间分辨能力和辐射测量保真度。现已广泛应

2、用在军事和民用方面，对国防技术现代化和国民经济建设都具有十分重要的意义。 合成孔径雷达借助于脉冲压缩技术实现距离维的高分辨率，借助于方位多普勒分析技术实现方位维的高分辨，然后经过成像处理以获得地物目标的雷达图像。在SAR成像处理算法中，最经典的是距离-多普勒(R-D)算法,R-D算法显著的提高了计算效率，成为正侧视中最为通用的成像算法，但在处理过程中需插值运算，由此带来了附加的计算量和图像失真，为解决这个问题，先后提出了改进的RD算法、波方程算法、子孔径算法、Chirp Sealing算法及其改进的非线性补偿Chirp Sealing算法。CS算法完全避免了插值操作，该算法充分利用了线性调频信

3、号的性质，在未做距离处理的距离-多普勒域中对信号进行Chirp Scaling处理，使不同距离上点目标的徙动轨迹变得一样，则距离徙动的校正可以在二维频域中通过一次简单的复乘来完成3-4。CS成像算法只通过快速傅里叶变换以及复乘就可以得到较好的成像结果，过程简单。改进的非线性补偿Chirp Scaling算法解决了经典CS算法在推导过程中补偿因子的近似问题；它还弥补了回波信号变换到二维频域时忽略的频率的三次项，这样就弥补了传统CS算法的不足，有效地改善了大斜视角下的成像质量。 由于微波具有一定的穿透能力，SAR对人工目标和伪装目标具有良好的探测能力和分辨能力，己经成为现代军事侦察和情报收集的重要

4、手段，它还可以作为引导设备的显示装置，引导高速投掷武器轰击敌方目标，作为高科技侦察工具，SAR在军事应用领域起着非常重要的作用。在国民经济各领域中，合成孔径雷达SAR也有广泛的应用：在地质和矿物资源勘探方面，合成孔径雷达可以用来勘察地质结构；在地形测绘和制图学方面，它可用来测绘大面积地图；在海洋应用方面，它可以用来研究大面积海浪特性，研究海洋及冰山分布测绘海洋图等；在农业和林业应用方面，它可以被用于土地利用调查、土壤水分测量、作物或树木分类、作物长势监测等：成像雷达还可以应用于一些自然灾害的预防和灾情报告方面。在科学研究方面，合成孔径雷达也成为了有用的工具。在天文学方面，己用合成孔径雷达获得了

5、金星表面的雷达照片。 2.国内外研究动态SAR技术的产生最早可追溯到20世纪50年代初，由于军事侦察雷达不断提高对分辨率的需求，1951年美国Good Year公司的CWilly提出了合成孔径雷达的概念，指出用多普勒分析的方法可以获得很高的方位分辨力。同年，美国Illinois大学也开展了利用相干雷达数据进行的试验，验证了“多普勒波束锐化”思想及合成孔径雷达基本原理的正确性：并于1953年成功研制了第一部X波段相干雷达系统，获得了第一批非聚焦SAR图像数据。1957年8月23日，Michigan大学与美国军方合作研究SAR实验系统，成功地获得了第一幅全聚焦的SAR图像，从此SAR技术进入实用性

6、阶段。此后许多国家都拥有了自己的机载SAR，SAR应用也从军事领域拓展到民用领域。目前，国外的机载SAR主要有：美国的ANAPDi0 ERIMXSIR ERIMCCRS德国的E-SAR等；已经拥有机载SAR的国家有：中国、美国、德国、英国、法国、俄罗斯、加拿大、瑞典、荷兰、丹麦、澳大利亚、南非。已经发射的星载SAR主要有：美国的SEASATA、SIRA、SIRB、SIRC及“曲滚球”雷达成像卫星，欧空局的ESR一1、日本的JERS一1、加拿大的RADARSATO-I等。我国于七十年代后期开始进行机载合成孔径雷达的研究工作。1979年成功研制出机载SAR样机，并获得我国第一幅合成孔径雷达图像。1

7、983年又成功研制出单通道、单极化(HH)、单侧视机载SAR系统，在我国实现了连续大面积成像；1986年进而实现了机载SAR的非实时数字信号处理；1987年成功研制出多条带、多极化、双侧视机载SAR系统：1990年成功研制出“机载SAR实时数据传输系统”：1994年又成功研制出x波段、多极化、多通道、数字成像处理、分辨率为10米的机载SAR系统，及其“机载SAR实时数字成像处理器” 系统，并获得我国第一幅机载SAR实时数字成像处理图像。 信息产业部电子十四所、三十八所和航空总公司607所都研制了机载SAR进行了试飞，获取了3m高分辨率图像，现正进行多模式SAR的研制工作。相信我国SAR技术将飞

8、速发展，在国民经济和国防建设中发挥巨大作用。随着需求的扩增和科学技术的发展，合成孔径雷达技术主要向以下几个方向发展：1高分辨率和超高分辨率成像：2实时信号处理和先进的成像技术；3多波段、多极化、可变视角和多模式；4能够产生目标的二维图像的干涉SAR；5动目标成像；6小卫星SAR和无人机SAR等。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题 本次课题将研究合成孔径雷达的基本原理，CS成像算法以及对该算法的仿真，基本内容如下： （一）介绍合成孔径雷达的基本原理，以及一些基本概念：成像原理，匹配滤波器，图像特征等。（二）介绍合成孔径雷达的经典算法，分析优缺点。（三）着重研究了Chirp Scaling算法，

9、详细讲述了它的原理及优缺点，以及公式的推导过程，并用MATLAB语言进行仿真。（四）推导了非线性Chirp Scaling算法，讲述了它与Chirp Scaling算法的不同，并用实际数据的成像进行比较。 成像雷达最大的特点是数据率高、数据量大、信号处理(辅助数据处理和成像处理)复杂、处理的实时性很难保证。目前随着大容量、高速并行计算机技术的迅速发展、雷达信号处理实时性问题的研究获得了很大的发展。在几个技术先进的国家，已在一些成像雷达信号处理速度方面实现了实时性。但如要求更高的图像质量和某些信息的提取，则要求更高的实时性。这就要求有更好的数据处理硬件设备及成像处理算法，特别是距离徙动校正(RC

10、MC)处理上。合成孔径雷达的研制需解决很多技术问题，其中成像技术是很关键的一个技术。成像算法的研究是成像技术中很重要的组成部分。成像算法在不同的应用条件下有不同的特点，这些特点都必须在研究中加以关注。三、研究步骤、方法及措施 1.基于本课题的研究，首先了解合成孔径雷达的基本概念以及基本原理，研究背景，发展趋势和现在存在的主要问题，对研究课题的基本内容、目的、和意义有所了解。2.学习合成孔径雷达的CS成像算法的原理，算法实现流程:(1) 方位向傅里叶变换(FFT)；(2) Chirp-Scaling相位因子相乘；(3) 距离向傅里叶变换；(4)距离向逆傅里叶变换；(5)方位压缩与剩余相位补偿；(

11、6)方位逆傅里叶变换。Chirp-Scaling算法在推导过程中只做了很少的近似，因此，它是一种高精度的成像算法，能够满足大斜视角SAR系统的成像要求。尤其是由于避免了插值运算，Chirp-Scaling算法能保持很好的相位精度。3.研究改进的非线性CS成像算法。改进的非线性补偿Chirp Scaling算法解决了经典CS算法在推导过程中补偿因子的近似问题；它还弥补了回波信号变换到二维频域时忽略的频率的三次项，这样就弥补了传统CS算法的不足，有效地改善了大斜视角下的成像质量。4.学习MATLAB语言，针对合成孔径雷达的CS成像算法，以及改进的非线性CS成像算进行编程，并上机进行程序调试和优化，

12、最后进行仿真，并对两种结果进行比较。四、研究工作进度第13周： 收集资料，通过学习相应书籍和查阅资料，了解课题研究的基本内容、目的和意义，对课题目前的发展和趋势，算法有所了解和掌握，确定设计思路。第47周： 学习高级语言MATLAB和设计中使用的算法。第811周： 针对设计中使用的算法，编制处理程序，并上机进行软件程序调试和优化，对成像过程进行仿真。第1214周：根据实验仿真结果，分析所得图像的各种性能指标，整理得出结论，验证自己的算法研究。第1518周：整理实验结果，进行课题总结，撰写论文，准备答辩。五、主要参考文献 合成孔径雷达成像：算法与实现（美） Ian G. Cumming, Fra

13、nk H. Wong 著洪文，胡东辉等译。 雷达成像技术， 保铮 邢孟道，王彤编著 电子工业出版社 2005年燕山大学数字图书馆 中国期刊全文数据库 优秀硕博论文硕士论文：合成孔径雷达成像非线性补偿CS算法的研究与实现，钱立锋 浙江大学硕士论文：合成孔径雷达成像算法及旁瓣抑制技术研究，邓华荣 南京理工大学MATLAB7.0及其在信号处理中的作用 王宏编著 清华大学出版社Chirp Scaling成像算法及其仿真 ，曹霁 吴曼青 王良军， 合肥工业大学学报(自然科学版) 2004年2 月 ，第27卷第2 期Chirp Scaling算法中的相位补偿因子研究 ，王亮 王建 黄晓涛 周智敏， 电子与

14、信息学报 2007年月 第29 卷第1 期高分辨星载SAR 改进Chirp Scaling 成像算法 黄岩 李春升 陈杰 周荫清 电子学报 2000年3 月第3 期合成孔径雷达定点CS算法量化噪声分析 清华大学学报（自然科学版）2007年 第47卷第1 期 Jin M Y.Wu C A SAR correction algorithm which accommodates large-range migration 1984(06)Namler R.Rung H A novel processing SAR focusing algorithm based on chirp scaling 1

15、992Moreira A.Huang Yong hong Airborne SAR processing of highly squinted data using a chirp scaling approach with integrated motion compensation 1994(05)Davidson G W.Cumming I G.Ito M R A chirp scaling approach for processing squint mode SAR data 1996（01）六、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日七、系级教学单位审核意见：审查结果： 通过 完善后通过 未通过 负责人签字：年 月 日下面是赠送的合同范本，不需要的可以编辑删除！教育机构劳动合同范本 为大家整理提供，希望对大家有一定帮助。