基于matlab的斜视模式下SAR建模

一、前言

此示例说明如何使用线性 FM （LFM） 波形对基于聚光灯的合成孔径雷达 （SAR） 系统进行建模。在斜视模式下，SAR平台根据需要从宽侧斜视一定角度向前或向后看。斜视模式有助于对位于当前雷达平台位置前面的区域进行成像，或对位于平台位置后面的位置进行成像，以进行干涉测量应用。由于距离方位角耦合，斜视模式下的挑战更高。由于SAR的分辨率取决于信号和天线配置，因此分辨率可能远高于基于视觉的成像系统。使用聚光灯模式，此示例执行距离迁移算法 [1，3] 以对位于 SAR 平台位置前方的静止目标进行成像。线性FM波形具有大时间带宽积的优势，发射功率相当低，适用于机载系统。

二、雷达配置

考虑在C波段工作的机载SAR，载波频率为4 GHz，信号带宽为50 MHz。此带宽产生 3 米的距离分辨率。雷达系统从宽侧以33度的斜角收集数据，如上图所示。延迟通常对应于目标和平台之间的倾斜范围。对于SAR系统，当平台穿过与天线波束方向正交的路径时，倾斜范围将随时间而变化。本节重点介绍如何定义传输波形的参数。LFM扫描带宽可以根据所需的距离分辨率决定。

设置 SAR 中心频率。将所需范围和交叉范围分辨率设置为 3 米。信号带宽是从所需距离分辨率得出的参数。配置雷达的LFM信号。假设飞机的速度为 100 m/s，飞行时间为 4 秒。配置 SAR 发射器和接收器。天线在与飞行方向正交的宽边方向上看。配置传播通道。

三、场景配置

在此示例中，在下面指定的位置配置了两个静态点目标。模拟中进一步显示的整个场景位于平台的前面。数据收集在机载平台与目标位置同步之前结束。所有目标的平均 RCS 值均为 1 平方米。

斜角计算取决于目标场景的飞行路径和中心，在这种情况下位于近 950 米处

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四、SAR 信号模拟

以下部分介绍系统如何基于上述配置运行。具体而言，以下部分显示了如何为 SAR 平台执行数据收集。当平台在跨量程方向上移动时，脉冲在相对于飞行路径的斜角定义的方向上发送和接收。脉冲集合给出了平台移动时位于照明区域中的目标的相位历史。目标在照明区域中的位置越长，整个图像的跨范围分辨率就越好，因为范围和跨范围聚焦的过程是针对整个场景的。

可视化接收到的信号。

接收到的信号现在可以可视化为在跨量程方向上传输的多个脉冲的集合。这些图显示了两个目标的信号的真实部分。由于天线的斜角，啁啾声显得倾斜。

执行范围压缩。范围压缩将有助于在 50 MHz 带宽下实现所需的距离分辨率。

下图显示了对接收信号进行范围压缩后的响应。两个目标的相程沿跨距离方向清晰可见，并且已经实现了距离聚焦。

方位角压缩

有多种技术可以处理跨距离数据，并在实现距离压缩后从SAR原始数据中获取最终图像。本质上，距离压缩有助于实现快速时间或距离方向的分辨率，而跨距离方向的分辨率是通过方位角或跨范围压缩实现的。本例演示了斜视情况的范围迁移算法。方位角聚焦需要考虑由于天线倾斜引起的斜视。可视化最终的SAR图像。

使用距离迁移算法绘制聚焦的SAR图像。仅显示通过距离迁移算法形成的图像的一部分，以准确指向目标的位置。[1]、[2] 和 [3] 所示的距离偏移提供了交叉轨道和沿轨道方向的理论分辨率。

五、总结

此示例展示了如何在机载数据收集场景中利用 LFM 信号模拟和开发斜视模式聚光灯 SAR 处理。该示例还演示了通过修改的距离迁移算法从接收信号生成图像，以处理斜视引起的影响。

六、参考文献

Cafforio, C., C. Prati, and F. Rocca. "SAR data focusing using seismic migration techniques."IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 27(2), 1991, pp.194–207.

Soumekh, M. Synthetic Aperture Radar Signal Processing with MATLAB Algorithms. John Wiley & Sons, 1999.

Stolt, R. H. "Migration by Fourier Transform Techniques." Geophysics, 1978, 43, pp. 23–48.

七、程序

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