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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SAR142

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RDA156

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 Scaling200

7.3.1一致RCMC和补余RCMC200

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ωKA233

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ωKA240

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RCMC265

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 RDA308

11.2.2 CSA308

11.2.3 ωKA308

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QPE311

11.4.2 SRC中的QPE312

11.4.3残余RCM312

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 RDA316

11.5.3 CSA317

11.5.4 ωKA317

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——MiSAR391

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