雷达成像算法性能研究
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摘要
合成孔径雷达通过发射大时带宽积信号获得距离向高分辨率，在方位向上则利用雷达平台相对于地面目标的运动产生回波多普勒信号，通过信号处理技术获得高分辨率，从而得到二维高分辨率图像，因此在军用和民用上都得到广泛的应用。
本文主要研究两种成像算法，距离—多普勒(R-D)算法和Chirp Scaling算法，并分析算法的实现及其仿真结果和实际数据图像。通过仿真、分析和比较，得出它们的性能、适用范围和各自的优缺点。并对ISAR作了些介绍，ISAR的关键技术是运动补偿。并着重对平动补偿，包括包络对齐和初相调整的方法进行了介绍。
最后对全文总结，并指出需要进一步解决的问题。
Synthetic Aperture Radar(SAR) can provide high-resolution image of range by emitting large time-bandwidth multiplication signal. In azimuth the platform of radar moving generates the echoed Doppler signal, and provides high-resolution image by signal processing. Two-dimensional high-resolution image could be obtained, so it is extensively applied in military and civil application.
This thesis mainly studies two imaging algorithms which are Range-Doppler and Chirp Scaling, and analyzes the realization of the imaging algorithms and the results of simulation and raw data image. By comparison, their limitation, advantages and disadvantages are founded. The thesis also researches on ISAR, whose crucial technique is motion compensation. The translational motion compensation including range-bin alignment and phase compensation is introduced emphatically.
At last the whole thesis is summarized and some important problems to be solved are pointed out.
本文主要研究两种成像算法，距离—多普勒(R-D)算法和Chirp Scaling算法，并分析算法的实现及其仿真结果和实际数据图像。通过仿真、分析和比较，得出它们的性能、适用范围和各自的优缺点。并对ISAR作了些介绍，ISAR的关键技术是运动补偿。并着重对平动补偿，包括包络对齐和初相调整的方法进行了介绍。
最后对全文总结，并指出需要进一步解决的问题。
Synthetic Aperture Radar(SAR) can provide high-resolution image of range by emitting large time-bandwidth multiplication signal. In azimuth the platform of radar moving generates the echoed Doppler signal, and provides high-resolution image by signal processing. Two-dimensional high-resolution image could be obtained, so it is extensively applied in military and civil application.
This thesis mainly studies two imaging algorithms which are Range-Doppler and Chirp Scaling, and analyzes the realization of the imaging algorithms and the results of simulation and raw data image. By comparison, their limitation, advantages and disadvantages are founded. The thesis also researches on ISAR, whose crucial technique is motion compensation. The translational motion compensation including range-bin alignment and phase compensation is introduced emphatically.
At last the whole thesis is summarized and some important problems to be solved are pointed out.
引文
[1] 张澄波，“综合孔径雷达原理：原理、系统分析和应用”科学出版社，1989
[2] 张直中，“微波成像技术”，电子工业部第十四研究所
[3] 刘永坦等著，“雷达成像技术”，哈尔滨工业大学出版社，1999年10月
[4] 王世一编著，“数字信号处理”，北京理工大学出版社，1997年11月
[5] 张贤达，“现代信号处理”，清华大学出版社，1996
[6] “雷达手册”，M. I. Skolnik，国防工业出版社，1978
[7] 孙泓波，“机载合成孔径雷达成像和运动目标检测技术研究”，博士论文，2001年6月
[8] 张直中，“合成孔径雷达(SAR)的最新发展”，电子科技导报，1997年6月，pp．2-6
[9] 张直中，“九十年代合成孔径雷达(SAR)的发展简况”，第七届全国雷达学术年会论文集，南京，1999年11月，pp．1-6
[10] 邵玉龙，朱兆达，“前斜视机载SAR成像处理RD算法研究”，信号处理，vol．15．No．3，1999年9月，pp．249-253
[11] 李玺，“非合作运动目标的逆合成孔径雷达成像研究”，博士论文，1999．5
[12] 叶晓东，“合成孔径雷达成像与运动目标检测研究”，博士论文，1997年5月
[13] 李春生，李景文，周荫清。“空载合成孔径雷达技术及展望”，电子学报，1995，23(10)：363-398
[14] 黄永红，A．Monreira，毛士艺，“一种适用于机载前斜视SAR成像处理的Chirp-scaling算法”，电子学报，Vol．28，NO．3，2000年3月，pp．35-38
[15] 何峻湘，李景文，周荫清，“机载SAR动目标成像研究”，现代雷达，vol．17，No．5，1994年10月，pp．12-18
[16] 何峻湘，李景文，周荫清，“合成孔径雷达运动目标成像的一种新方法”，电子学报，vol．23，No．9，1995年9月，pp．20-23
[17] 周荫清，“机载脉冲多普勒雷达DBS技术”，航空学报，vol．9，No．12，1988年12月，pp．574-581
[18] 张直中，“多普勒波束锐化(DBS)理论和实践中若干问题的探讨”，现代雷达，vol．13，No．2，1991年4月，pp．1-12
[19] 朱万清，“机载雷达脉冲多普勒波束锐化技术探讨”，电讯技术，Vol．37，No．4，1997年8月，pp．8-12
[20] 李春生，黄岩，王璇，周荫清，“基于Chirp Scaling算法的星载SAR成像
处理实现方法”，电子学报，Vol．24，No，6，1996年6月，pp．20-24
[21] 黄岩，李春生，王璇，周荫清，“高分辨星载SAR改进Chirp Scaling成像算法”，电子学报，Vol．28，No．3，2000年3月，pp．35-38
[22] Giorgio Franceschetti, Riccardo Lanari, "Synthetic Aperture Rader Processing", CRC Press, 1999
[23] M. Jin and C. Wu, "A SAR Correlation Algorithm which Accommadates Large-Range Migrationg" ,IEEE Trans. GE.,Vol. 22, No. 6, Nov. 1984
[24] R. Bamer, "A Comparison of Range-Doppler and Wave-number domain SAR Focusing Algtithm",IEEE Trans. GE.,Vol. 30, pp. 706-713, july 1992
[25] C.Y. Chang M. Jin and J.C. Curlender, "Squint Mode SAR Processing Algorithms" ,IGARSS' 89, PP. 1702-1706
[26] C.Y. Chang M. Jin and J.C. Curlender, "SAR Processing Based on the Exact Two-dimensional Transfer Function" ,IGARSS pp. 355-359.1992
[27] R.K. RANEY and P.W. Vachon, "A Phase Preserving SAR Processor", IGARSS, pp. 2588-2591,1989
[28] Yulong shao, Zhaoda Zhu, "Squint Mode Airborne SAR Processing Using RD Algorithm" ,IGARSS, pp. 1025-1029,1997
[29] Japser M. Horrell, "An Extension to Range-Doppler SAR Processing to Accommodata Severe Range Curvature" ,IGRASS, pp. 535-537,1999
[30] R.K. Raney, "A New and fundamental Fourier Transform pair", IGARSS' 82, pp. 106-107
[31] R.K. Raney, H. Runge, R. Bamler, I.G. CummingandF. H. Wong, "Precision SAR Processing Using Chirp Scaling", IEEE Trans. GE., Vol. 32, No. 4, pp.786-799, July 1994
[32] W. Hughes, K. Gault, G.J. princz, "A Comparison of the Range-Doppler and Chirp Scaling Algorithms with reference to RADARSAT" IGARSS, pp. 1221-1223,1996
[33] Frank H. Wong, Tat Soon Yeo, ngee Leng Tan , "New applications of Non-Linear Chirp Scaling Algorithm", IEEE, Trans. GRS., Vol. 37. No. 5, pp. 2198-2214,1999
[34] G.W. Davison, I.G. Cumming, M.R. Ito, "A Chirp Scaling Approach for Processing Squint Mode SAR Data", IEEE Trans. AES, Vol. 32, No.1, pp. 121-13, January 1996
[35] Carrar G. Goodman R.S Majeswsli R.M, "Spotlight Synthetic Aperture
Rader: Siganl Processing Algorithms" ,Artch House, 1995
[36] 郑义明，“用频率变标算法处理大斜视角SAR数据”，系统工程与电子技术，Vol．22，pp．8-11，No．6．2000
[37] 程玉平，“基于非线性CSA的合成孔径雷达成像及问题”，系统工程与电子技术，Vol．22，pp．25-27，No．8 2000
[38] 李春生，项燕，陈杰，黄岩，周荫清，“高分辨星载SAR单视图像斑点噪声抑制实现方法”，电子学报，Vol．28，No．3，pp．14-116，Mar．2000
[39] 范晋祥，“机载、星载监视、侦察雷达与系统的发展方向”，迈向21世纪雷达技术研究会论文集，pp．4-16，2000
[40] 吴一戎，朱敏慧，“合成孔径雷达技术发展现状与趋势”，星载合成孔径雷达成像技术文集，2001
[41] K. Tomiyasu, "Computer Simulation of Speckle in a Synthetic Aperture Radar Image Pixel" ,IEEE rrans. GE.,Nov. 21, No. 3, pp. 357-363, July 1983
[42] F. K. Li, C. Croft, D. H. Held,"Comparison of Several Techniques to Obtain Multiple-Look SAR Imagery" ,IEEE Trans. G.E.,Vol. 21, No. 3, pp. 370-75, July 1983
[43] A. Moreiro, "Improved Multilook Techniques Applied to SAR and ScanSAR Imagery",IEEE Trans. GRS.,Vol. 29, NO. 4, pp. 529-534, July 1991
[44] J. Dall, "A fast Autofocus Algorithm for Synthetic Aperture Rader Processing", International Conference on ASSP. Mar. 1992
[45] xtending the Phase Gardient Autofocus for Low-Altitude stripmap Mode SAR", Proceedings of the 1999 IEEE Radar Conference ,pp. 36-40
[46] D.E. wahl ,P.h. Eichel, D.C. Ghiglia, C.V. Jakowtz, " Phase Gradient Autofocus-A Robust Tool for High Resolution SAR Phase Correction", IEEE Trans. AES, Vol. 30. No. 3, pp. 827-835, July 1994
[47] YunlingLou, Q. Nguyen, "Preliminary Simultaneous L/C-Band Images from the JPL Aircraft Synthetic Aperture Radar" ,IGRASS' 87, pp.511-514
[48] J. Dall ,J.H.J rgensen, E.L. Christensen, S.N. Medsen, " Real-time Processing for the Danish airborne SAR" ,IEEE Proceeding Vol. 139, No. 2, pp. 115-121, April 1992
[49] 叶炜，“逆合成孔径雷达运动补偿与成像研究”，博士论文，1996年7月
[50] 张劲林，“星载合成孔径雷达多普勒参数估计及斜视成像算法研究”，博士论文，1993年3月
[2] 张直中，“微波成像技术”，电子工业部第十四研究所
[3] 刘永坦等著，“雷达成像技术”，哈尔滨工业大学出版社，1999年10月
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