距离多普勒成像算法分析

距离多普勒成像算法分析距离多普勒（Range-Doppler，RD）算法是SAR成像处理中最直观，最基本的经典方法，目前在许多模式的SAR，尤其是正侧视SAR的成像处理中仍然广为使用，它可以理解为时域相关算法的演变。一、距离迁移距离迁移是合成孔径雷达成像中的一个重要问题，产生的原因是SAR载机与照相目标间的相对运动。随着载机的运动，对地面某一静止的目标来说，其与雷达载机间的距离不断变化，如图1。而雷达将距离量化为距离门，随着载机运动，同一点目标在雷达接收机中位于不同的距离门，即随着载机平台的移动，目标与雷达间的距离变化超过一个距离单元时，目标的回波就分散于相邻的几个距离门内。图1雷达与点目标距离变化二、处理方法距离迁移的存在使方位向处理成为一个二维处理，即使回波信号在距离向和方位向上产生耦合。成像处理的基本思想是将二维处理分解为两个级联的一维处理。距离向直接将接受到的回波信号进行脉冲压缩即可，但在方位向处理，由于距离迁移现象的存在，是同一点目标回波位于不同的距离门内，不能直接进行压缩处理。图2表示对某点目标回波进行距离压缩向后，方位向压缩前的图像，可以看出不同方位向的信号是按照距离迁移曲线排列的。图2点目标一维距离向压缩后图像为了使方位向也可以进行压缩处理，距离压缩后的图像应进行距离迁移校正，将距离压缩后的信号压缩为图3所示。图3距离校正后图像最后再进行方位向压缩，处理后如图4，得到一个点目标。图4方位向压缩后图像以下对距离迁移做理论分析。设合成孔径时间中点为0tt，将雷达与目标的瞬时距离rt按泰勒公式展开，取前三项：00''2001()()()()()2ttttrtrtttrttt引起的回波相位变化为：24()()ctrtt这个相位称为多普勒相位。它的一节导数为多普勒中心频率dcf，二阶导数为多普勒调频率drf，故有：0200()()()()24dcttffdrrtrtttttrt与0()ttrt的差值是t时刻相对与0t时刻相对于0t时刻的距离变化量，也就是距离迁移量。上式右边的线性项称为距离走动，二次项称为距离弯曲，即距离迁移可以分解为距离走动和距离弯曲。三、距离多普勒算法距离多普勒算法（RD算法）的基本思想是根据上述将二维处理分解为两个一维处理的级联形式，其特点是只考虑相位展开的一次项，将距离压缩后的数据沿方位向作FFT，变换到距离多普勒域，然后完成距离迁移校正和方位向压缩。算法流程如图五：图五RD算法流程图其中RCMC既可以在Range-Doppler域完成，也可以在Frequency-AzimuthRange域完成。RD算法包括三个主要步骤：1、距离向压缩；2、距离迁移校正；3、方位向压缩，生成图像。RD算法通过脉冲压缩得到了距离向和方位向的高分辨率，它的相关是将信号和参考函数转换到频域完成的，同时进行了距离迁移校正。（一）距离压缩RD算法的距离压缩是一个匹配滤波器，对于线性调频信号回波，设点（1x，1r）则有回波''''2111111242(,)[]exp[()]exp[()]2rrRexrrectjrRjrrRcc回波数据距离向FFT距离匹配函数距离向IFFT方位向FFT方位匹配函数方位向IFFTSAR图像FFTFFT回波数据距离向FFT距离向IFFT方位向FFT方位向IFFTSAR图像RCMC距离匹配函数方位匹配函数FFTFFT线性相位函数（a）Range-Doppler域RCMC（b）Frequency-AzimuthRange域RCMC其中22'111Rrxr为位置偏差。匹配滤波器为2'''22()[]exp[]2rhrrectjrcc得距离向压缩信号'''11144(,)sin[()]exp[]exp[]exrcrrjrjRr该程序仿真后如图六：图六距离向压缩后图形（二）距离迁移校正在距离向压缩后进行经菲涅尔近似有：'2'''1111()44(,)sin[()]exp[]exp[]2xxexrcrrjrjrr则调整后变为线性调频信号。由于距离迁移的存在使得同一点的回波分布在不同的距离门内，使方位向压缩成为二维处理，进行距离迁移校正就是使同一点的目标回波信号位于同一个距离门内便于处理。由菲涅尔近似后的回波表达式可看出，回波的相位已经和距离向无关，在方位向是线性调频的，现只需进行距离单元校正（RCMC）即将回波历程曲线“掰直”就可进行方位向压缩，程序是通过Sinc插值来补偿RCM的。仿真后如图七：图七距离迁移校正后图形（三）方位向压缩距离迁移校正后，信号沿方位向的轨迹由曲线变为直线，方位向压缩成为一维处理，同距离向压缩，利用匹配滤波即可实现方位向压缩。压缩后入图八：图八方位向压缩后图形