Radarsat-1数据处理(1)

Range-Doppler域信号表达式
距离多普勒域的信号频谱：
2 R0 }wa ( fη − fη c ) S rd (τ , fη ) = Awr {τ − cD( fη , vr ) × exp{− j 4π f 0 R0 D( fη , vr ) c }
2 R0 × exp{ jπ K m [τ − ]2 } cD( fη , vr )
距离压缩，SRC，一致RCMC同时进行
ϕ2= ( fτ , fη ) exp{ jφrc + jφbulk }
Radarsat-1 数据处理方法 2010.秋 北京
方位压缩和剩余相位补偿
方位匹配滤波:
2 R0 = φac 2π f 0 [ D( fη ,Vr ) −= 1] 2π f 0 [ D( fη ,Vr ) − 1]D( fη c ,Vr )τ c 剩余相位:
)τ a2 π K mα (1 + α )τ b2 = φres π K m ( = 1+α 2 Rref )2 = π K mα (1 + α )(τ − cD( fηref ,Vr )
方位向匹配滤波与附加相位校正可同时进行
α
ϕ = (τ , fη ) exp{ jφac − jφres } 3
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CS算法成像处理的特点：
成像精度高 CS算法的推导的过程中进行了很少的假设，处理精确 避免了插值处理，运算速度较快，便于实现 利用Chirp Scaling操作将不同距离处的距离弯曲变换为 形状一致的距离迁移曲线，然后利用相位相乘来实现距离迁 移校正 解决了二次距离压缩问题 在距离压缩的过程中同时完成了二次距离压缩，不需要 做特殊处理
2 2 a
α exp{ jπ K b (τ − τ b ) +jπ K r ( )τ a2 } 1+ α
2
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线性变标基本原理
可见两个线性调频信号的乘积仍然是一线性调频信 号，该调频信号的中心，调频率和中心相位分别为：
1 τb = τa 1+ α = K b K r (1 + α )
-1
2 Rref cD( fη ,Vr )
)2 }
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距离压缩、SRC和一致RCMC
距离压缩\SRC:
φrc ( fτ , fη ) =
一致RCMC:
π D( fη ,Vr )
K m D ( fη ref ,Vr )
fτ 2
4π fτ φbulk ( fτ , fη ) = RCM bulk ( Rref , fη ) c
成像精度高cs算法的推导的过程中进行了很少的假设处理精确避免了插值处理运算速度较快便于实现利用chirpscaling操作将不同距离处的距离弯曲变换为形状一致的距离迁移曲线然后利用相位相乘来实现距离迁移校正解决了二次距离压缩问题在距离压缩的过程中同时完成了二次距离压缩不需要做特殊处理radarsat1数据处理方法2010
R(η )= =
H 2 + Re2 − 2 HRe cos β e + ( H ωs )( Reωs cos β e )η 2
R02 + ( H ωs )( Reωs cos β e )η 2
等效速度： Vr = VsVg
Radarsat-1 数据处理方法
Rref D( fη ,Vr )
−
Rref D( fηref ,Vr )
)
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变标方程推导
2 ∆τ = RCM diff ( R0 , fη ) 时间平移: c Rref R0 2 = τb − ( ) 新的距离时间： c D( fηref , vr ) D( fηref , vr )
) 距离多普勒域的双曲线距离等式： D( fη , vr= 1−
c 2 fη2 4Vr2 f 02
距离多普勒域的距离向调频率：
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Km = 1− K
K cR0 fη2 4Vr2 f 03 D 3 ( fη ,Vr )
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参考点选择
需首先选择参考多普勒频率 fηref 和参考距离 Rref，为减少chirp scaling 操作引入的频谱偏移，参考点的选择应尽量减小补 余。 选择策略： 参考目标：宜选在测绘带中心 参考距离：参考目标的最近斜距 参考多普勒频率：宜选为测绘带中心处的多普勒中心频 率
可以看到距离相同而方位不同的点目标能量变换到RD域后，其位置重合。
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距离匹配滤波，SRC和一致RCMC
无SRC（Km=Kr） 距离匹配滤波，SRC和一致 RCMC
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方位压缩
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带有目标位置信息的相位
2 方位Chirp K111111111 a = 2Vr / (λ R0 )
2 R (η ) 2 × exp{ jπ K r [τ − ] ]} c
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距离Chirp
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SAR成像
二维 Chirp 2D Chirp
二维匹配滤波 2D MF
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斜视情况下的距离多普勒域RCM及其校正示意
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RCMC中的线性调频变标
整体RCM:
R0 R0 = − ( R0 , fη ) RCM total D( fη , vr ) D( fηref , vr )
当满足以下条件时，变标方程是线性调频： 发射脉冲为线性调频信号 雷达等效速度 Vr 不随距离改变 不随距离改变 距离多普勒域的线性调频率 K m
变标因子： α =
∆τ
变标方程： = ϕ1 exp{ jπα K m (τ −
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τb
=
D( fηref ,Vr ) D( fη ,Vr )
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线性变标基本原理
线性调频信号经脉压后，峰值出现零频位置 通过增加线性频率分量，使零频位置偏移，实现与距离位置成正比的位置偏移。
频谱展宽
∆τ = ατ b = τ a − τ b 1 τb = τa 1+α
需增加线性频率分量：
f sc = α Kτ
Echo 回波
Pulse Compression 脉压
Image 成像
1D Azimuth Compression
1D Range Compression
如何实现？
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距离徙动
Azimuth x/ta
Range r/tr
Near Range Rn
Reference Range Rc
Azimuth Compression Azimuth IFFT
Flowchart of CSA
Complex Image
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仿真
回波信号
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补余RCMC
距离多普勒域频谱 (距离压缩后) 补余后距离多普勒频谱 （距离压缩后）
Re sin β e 0 PC = Re cos β e
R(η )=
( Re sin β e ) 2 + ( H sin ωsη ) 2 + ( H cos ωsη − Re cos β e ) 2
2 sin ωsη ≈ ωsη， cos ωsη ≈ 1 − (ωsη ) / 2 利用小角度近似，
零频偏移和脉压位置关系
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线性变标基本原理
线性调频信号：
= φ1 exp{ jπ K r (τ − τ a ) 2 }
变标方程是调频率为 α K r 的线性调频信号
φ2 = exp{ jπα K rτ 2 }
则两个线性调频信号的乘积：
exp{ jπ K r [(1 + α )τ − 2τ aτ + τ ]}
——Chirp Scaling (CS)
线性变标
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CS 通过线性变标消除距离向的空变性
Azimuth fa Swath
Range fr
Rc
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SAR成像基本原理回顾
Chirp Scaling
线性变标基本原理 RCM的精确表达 变标方程推导 CS处理细节 仿真 星载SAR数据处理 成像几何 多普勒中心 Radarsat-1数据处理方法
α 2 )τ a π Kr ( 1+ α
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CS中的RCMC
在RD域分两步校正RCM,首先利用线性调频变标校正补余RCM, 然后校正一致RCM。
Reference Range
线性调频变标 补余RCMC
一致RCMC
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CS流程：
Raw Data Azimuth FFT
Chirp-Scaling Operation
Range FFT Range Compression + RMC Range IFFT
Range MF Reference Function + SRC + RMC Azimuth MF Reference Function + RPC
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SAR原始信号
距离等式的抛物线近似 (η ) R=
2 ( ) V η (Vrη ) 2 + R02 ≈ R0 + r 2 2 R0
回波信号近似
4π f c s0 (τ ,η ) ≈ exp{− j R0 } c × exp{− jπ K aη 2 }
一致RCM：
= RCM bulk ( Rref , fη ) Rref D( fη , vr ) − Rref D( fηref , vr )
补余RCM：
R0 R0 ( R0 , fη ) ( ) = − RCM diff D( fη ,Vr ) D( fηref ,Vr ) −(
Radarsat-1 数据处理方法
Radarsat-1数据处理方法
——Chirp Scaling 算法
林 赟 中国科学院电子学研究所 微波成像技术国家级重点实验室
Radarsat-1 数据处理方法
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SAR成像基本原理回顾 Chirp Scaling 线性变标基本原理 RCM的精确表达 变标方程推导 CS处理细节 仿真 星载SAR数据处理 成像几何 Range Rf
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SAR成像处理的困难在于：
（1）存在距离弯曲现象，二维之间存在耦合； （2）空变性。
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成像基本原理
二维耦合解决方法——RCMC
RC
RMC
AC
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SAR成像基本原理回顾 Chirp Scaling 线性变标基本原理 RCM的精确表达 变标方程推导 CS处理细节 仿真
星载SAR数据处理
成像几何 多普勒中心 Radarsat-1数据处理方法
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成像几何
0 PB = ω η H sin s H cos ωsη
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SAR成像基本原理回顾
Chirp Scaling 线性变标基本原理 RCM的精确表达 变标方程推导 CS处理细节 仿真 星载SAR数据处理 成像几何 多普勒中心 Radarsat-1数据处理方法
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成像基本原理
方位空变的解决方法——距离多普勒域
Azimuth fa
DOF
DOF
DOF
Range r/tr
Rc
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成像基本原理
距离向空变解决方法
——Range Doppler (RD)
在Range-Doppler域通过插值实现距离徙动校正(RCMC).
SAR原始信号
发射信号 s (τ ) rect(t / Tr ) exp{ j 2π f cτ + jπ K rτ 2 }
回波信号(省略包络)
2 R(η ) 2 2 R (η ) ] + j 2π f c [τ − ]} c c 解调后的基带信号(省略包络) sr ( τ ,η ) A0 exp{ jπ K r [τ − = 4π f c 2 R(η ) 2 s0 (τ ,η ) = A0 exp{− j R(η ) + jπ K r [τ − ] ]} c c