SAR图像点目标仿真报告
徐一凡
1SAR原理简介
合成孔径雷达Sy
theticApertureRadar简称SAR是一种高分辨率成像雷达技术。它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率从而获得大面积高分辨率雷达图像。
SAR回波信号经距离向脉冲压缩后雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定2rr
CBρ式中rρ表示雷达的距离分辨率rB表示雷达发射信号带宽C表示光速。同样SAR回波信号经方位向合成孔径后雷达的方位分辨率由雷达方位向的多谱勒带宽决定aaa
vBρ式中aρ表示雷达的方位分辨率aB表示雷达方位向多谱勒带宽av表示方位向SAR平台速度。在小斜视角的情况下方位分辨率近似表示为2aDρ
其中D为方位向合成孔径的长度。
2SAR的几何关系
雷达位置和波束在地面覆盖区域的简单几何模型如图1所示。此次仿真考虑的是正侧视的条带式仿真也就是说倾斜角为零SAR波束中心和SAR平台运动方向垂直的情况。
图1雷达数据获取的几何关系
建立坐标系XYZ如图2所示其中XOY平面为地平面SAR平台距地平面高H以速度V沿X轴正向匀速飞行P点为SAR平台的位置矢量设其坐标为xyzT点为目标的位置矢量设其坐标为TTTxyz由几何关系目标与SAR平台的斜距为
RPTx
1
由图可知00TyzHz令xvs其中v为平台速度s为慢时间变量slow
ftime假设Txvs其中s表示SAR平台的x坐标为Tx
的时刻再令rr表示目标与SAR的垂直斜距重写1式为
PTRsr2Rsr就表示任意时刻s时目标与雷达的斜距。一般情况下0v
ssr于是通过傅里叶技术展开可将2式可近似写为
2
202vRsrrssr≈3可见斜距是sr和的函数不同的目标r也不一样但当目标距SAR较远时在观测带内可近似认为r不变即0rR。
图2空间几何关系a正视图b侧视图
图2a中Lsar表示合成孔径长度它和合成孔径时间Tsar的关系是LsarvTsar。b中θ为雷达天线半功率点波束角θ为波束轴线与Z轴的夹角即波束视角mi
R为近距点距离maxR为远距点距离W为测绘带宽度它们的关系为
22mi
maxmaxmi
RHtgRHtgWRRθθθθ4
3SAR的回波信号模型
SAR在运动中以一定的周期1PRF发射和接收信号具体过程如图3所示。发射机
f以lτ的时间发射啁啾脉冲然后切换天线开关接收回波信号。
图3雷达发射脉冲串的时序
当雷达不处于发射状态时它接收3反射回波。发射和接收回波的时间序列如图4所示。在机载情况下每个回波可以在脉冲发射间隔内直接接收r