2019SAR合成孔径雷达图像点目标仿真报告(附matlab代码)

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1、SAR合成孔径雷达图像点目标仿真报告(附matlab代码)　　SAR图像点目标仿真报告　　徐一凡　　1SAR原理简介　　合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，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，雷达的距离分辨率雷达发射信号带宽决定：　　rC，式中r表示雷达的距离分辨率，Br表示雷达发射信号带宽，C表示光速。同2Br样，SAR回波信号经方位向合成孔径后，雷达的方位分辨率雷达方位向的多谱勒带宽决定：ava，式中a表示雷达的方

2、位分辨率，Ba表示雷达方位向多谱勒带宽，va表示BaD，其中D为2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a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(x,y,z)；T点为目标的位置矢量，设其坐标为(xT,yT,zT)；几何关系，目标与S

3、AR平台的斜距为：　　RPT(xxT)2(yyT)2(zzT)2(1)图可知：y0,zH,zT0；令x其中v为平台速度，s为慢时间变量，vs。　　假设xTvs，其中s表示SAR平台的x坐标为xT的时刻；再令r标与SAR的垂直斜距，重写(1)式为：　　H2yT2，r表示目　　PTR(s;r)r2v2(ss0)2(2)　　　　R(s;r)就表示任意时刻s时，目标与雷达的斜距。一般情况下，vss0r，于是通过　　傅里叶技术展开，可将(2)式可近似写为：　　v2R(s;r)rv(ss0)r(ss0)2(3)　　2r222可见，斜距是s和r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

4、带内，可近似认为r不变，即rR0。　　图2：空间几何关系(a)正视图(b)侧视图　　图2(a)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，为雷达天线半功率点波束角，为波束轴线与Z轴的夹角，即波束视角，Rmin为近距点距离，Rmax为远距点距离，W为测绘带宽度，它们的关系为：　　RminHtg(2)RmaxHtg(2)(4)WRmaxRmin3SAR的回波信号模型　　SAR在运动中以一定的周期(1/PRF)发射和接收信号，具体过程如图3所示。发射机　　以l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

5、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到。但是在星载情况下，于距离过大，某个脉冲的回波要经过6~10个脉冲间隔才能接收到。这里仿真为了方便，默认为机载情况。　　图4脉冲雷达的发射与接收周期　　假设Tr为chirp信号持续时间，下标r表示距离向；PRF为重复频率，PRT为重复周期。　　等于1/PRF。接收序列中，n2*R(s;r)表示发射第i个脉冲时，目标回波相对于发射C序列的延时。雷达的发射序列数学表达式为式(5):　　s(t)　　np(tn*PRT)　　2tp(t)rectejKrtej2fctTr　　)表示矩

6、形信号，Kr为距离向的chirp信号调频率，fc为载频。式中，rect(雷达回波信号发射信号波形，天线方向图，斜距，目标RCS，环境等因素共同决定。　　若不考虑环境因素，则单点目标雷达回波信号可写成式(6)所示：　　sr(t)　　nwp(tnPRTn)　　(6)　　其中，表示点目标的雷达散射截面，w表示点目标天线方向图双向幅度加权，n表　　示载机发射第n个脉冲时，电磁波再次回到载机时的延时n2*R(s;r)，带入式(6)中得：Csr(t)nwrect(4tnPRT2R(s;r)/C)Tr　　(7)　　exp[jKr(tnPRT2R(s;r)/C)2]　　exp[-j　　R(s;r)]exp[

7、j2fc(tnPRTn)]式(7)就是单点目标回波信号模型，其中，exp[jKr(tnPRT2R(s;r)/C)2]是　　chirp分量，它决定距离向分辨率；exp[-j　　4它决定方位向分辨率。R(s;r)]为多普勒分量。　　对于任意一个脉冲，回波信号可表示为式(8)所示：　　sr(t,s)A0wr(2R(s;r)/C)wa(ssc)exp{j4f0R(s;r)/C}　　exp{jKr(2R(s;r)/C)