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第一部分 合成孔径雷达基础 2

第1章 概论 2

1.1合成孔径雷达背景简介 2

1.2遥感中的雷达 3

1.3 SAR基础 3

1.4星载合成孔径雷达传感器 7

1.5内容概要 9

1.5.1星载合成孔径雷达图像示例 10

参考文献 11

第2章 信号处理基础 14

2.1简介 14

2.2线性卷积 14

2.2.1连续时间卷积 14

2.2.2离散时间卷积 16

2.3傅里叶变换 18

2.3.1连续时间傅里叶变换 18

2.3.2离散傅里叶变换 18

2.3.3傅里叶变换性质 19

2.3.4傅里叶变换示例 22

2.4卷积的DFT计算 24

2.5信号采样 25

2.5.1采样信号的频谱 25

2.5.2信号类型 26

2.5.3奈奎斯特采样率和混叠 28

2.6平滑窗 32

2.7插值 33

2.7.1 sinc插值 34

2.7.2插值核的频谱 37

2.7.3非基带和复插值 38

2.8点目标分析 38

2.9小结 42

2.9.1金星坑的麦哲伦图像 42

参考文献 43

第3章 线性调频信号的脉冲压缩 45

3.1概述 45

3.2线性调频信号 45

3.2.1时域表达 45

3.2.2线性调频脉冲的频谱 47

3.2.3调频信号采样 49

3.2.4频率和时间不连续性 51

3.3脉冲压缩 52

3.3.1脉冲压缩原理 52

3.3.2线性调频信号的时域压缩 53

3.3.3频域匹配滤波器 57

3.3.4窗效应 58

3.3.5过采样率重定义 60

3.4匹配滤波器的实现 60

3.4.1目标定位和匹配滤波器弃置区 63

3.5调频率失配 64

3.5.1基带信号中的失配影响 64

3.5.2非基带信号中的失配影响 66

3.5.3滤波器失配和时间带宽积 67

3.6小结 67

3.6.1 ENVISAT/ASAR宽带图像 68

参考文献 69

附录3A匹配滤波输出的推导 71

附录3B相位失配误差推导 74

第4章 合成孔径的概念 75

4.1概述 75

4.2 SAR几何关系 76

4.2.1术语定义 76

4.2.2卫星地距几何 79

4.2.3卫星轨道几何 81

4.3距离等式 82

4.3.1距离等式的双曲线模型 83

4.3.2速度与角度的关系 84

4.4 SAR距离向信号 86

4.4.1发射脉冲 86

4.4.2数据获取 87

4.5 SAR方位向信号 88

4.5.1什么是SAR中的多普勒频率 88

4.5.2相干脉冲 89

4.5.3 PRF的选择 90

4.5.4方位向信号强度和多普勒历程 90

4.5.5方位向参数 92

4.6二维信号 93

4.6.1信号存储器中的数据排列 94

4.6.2解调后的基带信号 96

4.6.3 SAR冲激响应 97

4.6.4典型雷达参数值 97

4.7 SAR分辨率与合成孔径 98

4.7.1分辨率的带宽推导 98

4.7.2合成孔径 100

4.8小结 101

4.8.1温哥华岛的窄幅ScanSAR图像 103

参考文献 104

附录4A近似雷达速度的推导 105

附录4B正交解调 107

附录4C合成孔径的概念 111

第5章SAR信号的性质 115

5.1简介 115

5.2低斜视角下的信号频谱 115

5.2.1距离多普勒域频谱 116

5.2.2二维频谱 117

5.3一般情况下的信号频谱 117

5.3.1距离向傅里叶变换 118

5.3.2方位向傅里叶变换 119

5.3.3距离向傅里叶逆变换 121

5.4方位混叠与多普勒中心 124

5.4.1方位混叠和模糊的起因 124

5.4.2多普勒中心 126

5.4.3多普勒模糊 128

5.4.4距离向的多普勒中心变化 129

5.5距离单元徙动 132

5.5.1 RCM的分量 133

5.5.2同一距离处的多个目标 134

5.5.3目标轨迹卷绕 135

5.6点目标示例 136

5.6.1仿真参数 136

5.7 SAR处理算法初窥 140

5.7.1时域匹配滤波 140

5.7.2机载实时处理图像 141

5.7.3非聚焦SAR 142

5.7.4更好的处理算法 143

5.8小结 144

参考文献 145

附录5A距离向／方位向的耦合 147

附录5B方位调频率注释 150

第二部分SAR处理算法 154

第6章 距离多普勒算法 154

6.1简介 154

6.2算法概述 154

6.3低斜视角下的RDA 156

6.3.1雷达原始数据 156

6.3.2距离压缩 157

6.3.3方位向傅里叶变换 159

6.3.4距离徙动校正 160

6.3.5残余RCM导致的展宽 164

6.3.6方位压缩 166

6.3.7低斜视下的RADARSAT-1图像 169

6.4大斜视角情况 170

6.4.1斜视的处理改进 170

6.4.2 SRC的实现 172

6.4.3星载和机载中的SRC方式 174

6.4.4 SRC仿真试验 175

6.4.5机载L波段雷达图像示例 179

6.5多视处理 179

6.5.1子视时频关系 180

6.5.2子视抽取、检测及求和 181

6.5.3等效视数 183

6.5.4多视处理示例 183

6.5.5调频率误差 187

6.5.6多视处理图像 188

6.6小结 189

参考文献 190

第7章Chirp Scaling算法 192

7.1介绍 192

7.1.1 Chirp Scaling算法概览 192

7.2 Chirp Scaling原理 194

7.3 RCMC中的Chirp Scaling 200

7.3.1一致RCMC和补余RCMC 200

7.3.2 RCM的精确表达 202

7.4变标方程推导 203

7.4.1补余RCM量级示例 205

7.5 CSA处理细节 206

7.5.1距离处理 206

7.5.2方位处理 209

7.6处理示例 210

7.6.1点目标仿真处理 210

7.6.2 SRTM/X-SAR数据处理 213

7.7小结 215

参考文献 215

第8章ωK算法 219

8.1简介 219

8.1.1 ωKA概述 219

8.2参考函数相乘 221

8.3 Stolt插值 223

8.3.1变量代换 223

8.4对Stolt映射的理解 226

8.4.1 Stolt映射的组成部分 226

8.4.2基于傅里叶变换性质的理解 227

8.4.3基于支持域的理解 230

8.4.4基于成像几何关系的理解 231

8.5误差分析 232

8.6近似ωKA 233

8.6.1近似项 234

8.6.2与RDA和CSA的关系 235

8.6.3近似ωKA的误差讨论 235

8.7处理示例 236

8.7.1完整ωKA仿真 236

8.7.2近似ωKA 240

8.7.3 X波段机载聚束雷达图像示例 241

8.8小结 241

参考文献 243

附录8A波数域的Stolt映射 245

第9章SPECAN算法 249

9.1简介 249

9.1.1 SPECAN算法概述 249

9.2 SPECAN算法的推导 250

9.2.1 SPECAN的卷积推导 251

9.2.2几何解释 251

9.2.3混叠与FFT长度 254

9.2.4输出采样间隔 255

9.2.5 FFT有效输出点数 256

9.2.6后续FFT位置 258

9.2.7 FFT输出结果的拼接 259

9.3多视处理 260

9.4处理效率 262

9.5距离徙动校正 265

9.5.1时域线性RCMC 265

9.5.2数据倾斜与校直 265

9.6相位补偿 266

9.7关于图像质量的一些问题 269

9.7.1拼接点处的频率间断 269

9.7.2方位调频率误差 271

9.7.3扇贝辐射效应 273

9.8处理示例 279

9.8.1仿真点目标 279

9.8.2 SPECAN算法处理出的ERS图像 281

9.9小结 282

参考文献 283

第10章ScanSAR数据处理 285

10.1简介 285

10.2 ScanSAR数据获取 286

10.3单一Burst中的目标压缩 289

10.4全孔径处理算法 291

10.5 SPECAN算法 292

10.6改进SPECAN算法 293

10.6.1算法概述 293

10.6.2 SRTM处理示例 296

10.7 SIFFT算法 297

10.8 ECS算法 299

10.9 Burst图像拼接 301

10.10小结 303

10.10.1 RADARSAT-1的ScanSAR图像 304

参考文献 304

第11章 算法比较 308

11.1简介 308

11.2算法精度回顾 308

11.2.1 RDA 308

11.2.2 CSA 308

11.2.3 ωKA 308

11.3处理功能对比 309

11.3.1距离等式形式 310

11.3.2方位匹配滤波器的实现 310

11.3.3 RCMC的实现 310

11.3.4 SRC实现 311

11.4处理误差概述 311

11.4.1方位匹配滤波器中的QPE 311

11.4.2 SRC中的QPE 312

11.4.3残余RCM 312

11.4.4处理误差量级示例 313

11.5计算开销 315

11.5.1基本算法运算 315

11.5.2 RDA 316

11.5.3 CSA 317

11.5.4 ωKA 317

11.6算法利弊 318

11.6.1 RDA利弊 318

11.6.2 CSA利弊 318

11.6.3 ωKA利弊 319

11.7小结 319

11.7.1墨西拿海峡的ASAR图像 320

第三部分 多普勒参数估计 322

第12章 多普勒中心估计 322

12.1简介 322

12.1.1多普勒中心频率 322

12.1.2星载SAR几何 322

12.1.3本章概述 324

12.2多普勒中心精度要求 326

12.2.1基带中心的精度要求 326

12.2.2多普勒模糊的精度要求 331

12.3多普勒中心的几何计算 331

12.3.1多普勒中心计算示例 334

12.3.2偏航角和俯仰角控制 335

12.4基于接收数据的基带中心估计 335

12.4.1基于幅度的估计方法 336

12.4.2基于相位的估计方法 339

12.5基于接收数据的多普勒模糊估计 343

12.5.1基于幅度的DAR估计方法 343

12.5.2基于相位的DAR估计方法 346

12.5.3多波长算法 348

12.5.4多视互相关法 351

12.5.5多视差频法 355

12.5.6 PRF变调法 358

12.5.7 DAR算法比较 358

12.6全局估计原理 360

12.6.1空间变化检测 360

12.6.2估计器质量检测 361

12.7曲面拟合法 363

12.7.1全局多项式曲面拟合 363

12.7.2基于几何模型的全局拟合 364

12.7.3自动拟合过程 365

12.8小结 367

参考文献 367

附录12A多普勒计算详细步骤 370

附录12B DAR算法中的偏移频率 376

第13章 方位调频率估计 380

13.1简介 380

13.2方位调频率精度要求 380

13.3方位调频率的几何计算模型 382

13.4方位线性调频率的数据估计 385

13.4.1最大对比度法 385

13.4.2视错位法 386

13.4.3基于相位的自聚焦方法 390

13.5小结 391

13.5.1一部小型SAR系统——MiSAR 391

参考文献 392

附录A RADARSAT数据光盘 393

缩略语对照表 395

符号表 398

参考书目 401

索引 415