斜侧视条件下合成孔径雷达成像研究

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斜侧视条件下合成孔径雷达成像研究
瞿建新
王文峰 吴一丁
（130117
装甲兵技术学院
吉林 长春）
摘 要：本论文从 S AR 成像几何模型出发，研究了斜侧视 SAR 回波特点，分析了斜距、斜视角及相对带宽对距离迁徙（RCMC ） 的影响，推导了距离迁徙的校正方法。

关键词：合成孔径雷达；雷达成像；斜侧视
一、引言
合成孔径雷达（SA R ）成像已广泛应用于军事及国民经济许 多领域，如军事侦察、环境监测、土地资源等方面。

SA R 成像 通常指的是正侧视 SA R 成像工作模式，即雷达的飞行方向与距 离向垂直的工作模式。

由于正侧视 SA R 只能向一个方向投射电 磁波，因此它的应用存在一定的局限性。

SA R 的斜视工作模式 是指雷达的飞行方向并不与距离向垂直，而是成一定角度的工 作模式。

由于存在斜视角，增大了其应用的灵活性，具有许多 正侧视 SA R 无法实现的功能，因此是 SA R 成像研究的热点之一。

二、合成孔径雷达的信号形式分析
（一）单脉冲信号 单脉冲信号是一种较为简单的信号，其归
一化表示形式为：
号。

脉冲压缩的实现可以通过匹配滤波或去调频接收处理。

线 性调频信号的突出优点是具有较大的时宽带宽积，匹配滤波对 多普勒频移不敏感等特点。

因此，在 SA R 成像雷达多采用线性 调频信号作为雷达的发射信号。

三、斜侧视合成孔径雷达原理
主要根据斜侧视 SA R 回波信号的形式及其变换过程进行讨 论。

为了讨论方便设测绘带内只有一个理想的点目标 (x 1,r 1)，斜 侧角为 θ，雷达系统采用脉冲线性调频信号，调频斜率为 α，发 射信号的波长为 λ，斜侧视 SA R 几何关系图为：
图 1 条带斜视 SA R 几何关系模型 rect ( t ) = ⎧1
- T / 2 ≤ t ≤ T / 2
于是得到点目标回波信号的形式为：
T ⎩0
else
( ) =
2 p[ ( -
+ (
- ))]
⨯ x -x +r
a n θ e x
r r ect
c τ 2
α
r c
r
x x r e ct [ λr ( L c os θ ) ] ex p[-
+ - ] λ
其中 T 为脉冲宽度。

由于受到发射功率的限制，单脉冲信号的持续时间 T 不 能太短。

但当 T 较大时，又不能达到要求的分辨率。

因此，在 SA R 雷达的发射信号中一般不采用单脉冲信号。

（二）调频步进信号
调频步进信号的波形是由 N 个频率递增的脉冲组成的脉冲 串，又称为离散频率脉冲串，属相参脉冲串，是一种大时宽带 宽波形，可用于 SA R 雷达成像。

调频步进脉冲串复包络的数学 表达式可以写成：
N -1
u (t ) = ∑u s (t - nt r ) exp[ j 2π f n (t - t r )]
n =0
其中
其中合成孔径中心点为 (x 1 -
r 1 tan θ , r 1 / cos θ ) 。

然后对得到回波 信号进行距离向和方位向上的聚焦，可以得到测绘带中点目标 的图像。

但是在进行 SA R 成像处理过程中，距离迁徙（RCM C ） 对成像质量的影响是不能够忽视的，严重时会造成 SA R 系统无 法成像。

下面着重讨论距离迁徙（R CM C ），从理论上来分析斜 视角、斜距、相对带宽对距离迁徙（R CM C ）的影响，并给出较 好的 SA R 成像算法。

距离迁徙对合成孔径雷达成像是一个重要的问题，下面对 距离迁徙（R CM C ）进行比较详细的讨论。

把合成孔径中心到雷 达的距离作为标准，则偏离该距离称为距离迁徙。

对随时间线 性变化项称为距离走动，对随时间二次变化项称为距离弯曲。

u = ⎧1/ τ ⎩ 0
0 < t < τ
else ， f n = f 0 + (n -1)∆f
由 SA R 成像几何模型得，点目标 (x 1,r 1) 到雷达的距离为：
分别为子脉冲包络和第 n 个子脉冲频率。

这里为载频，为 调频步进量（步长），τ 为子脉冲宽度，为子脉冲重复周期，N R = r 2 + (x - x )2
1
1
为子脉冲个数，n=1,2,3,…,N。

将上式在
1 1
tan
x - x + r
θ = 处进行菲涅尔展开得：
调频步进脉冲雷达信号属于脉间脉冲压缩方式，此雷达一
2 2 r 1 sin ( tan ) co s θ ( tan )2
r + (x - x ) ≈ - θ x - x 1 + r θ + x - x 1 + r 1 θ 般工作在低脉冲重复频率模式下，目标回波将在下一个脉冲发 射之前返回。

工作在低脉冲重复频率模式下的雷达发射信号平 1 1
co s r
1
2r 1
c o s θ
∆R = r + (x - x ) -
c o s θ
≈ - s in θ (x - x + r ta n θ ) +
2r
(x - x + r tan θ )
均功率较低，雷达作用距离相对较小，适合对近距离目标的高 分辨率成像。

（三）线性调频信号 线性调频脉冲信号是指在持续期间（脉内）频率连续线性
距离迁徙的距离走动量表达式为：
- sin θ (x - x 1 + r 1 tan θ )
距离迁徙的距离弯曲量表达式为：
cos 3 θ (x - x + r tan θ )2 变化，时频关系为线性的信号。

线性调频脉冲的幅度归一化表 2r 1
1
- λ
r 1
≤ x - x + r
θ ≤ λr
可以得出距离走动最大量
达式为
根据式 2L cos
θ
tan
2L cos
θ
t sin θ λ
1 λ s (t ) = rec t ( ) cos(2π f 0t + π kt )
T
其中 f 0 为中心频率，k=B/T 为调频斜率，B 为频率变化范围， T 为脉冲宽度，
( r
和 8 co s θ ( L ) r 。

由距离走动最大量表达式可以得出散射点距离雷达越远， 距离走动越大；对相同距离的斜视角越大，散射点的距离走动 rect ( t ) = ⎧
1
T ⎩0
- T / 2 ≤ t ≤ T / 2 。

else 越大。

同样根据距离弯曲最大量表达式可以得出散射点距离雷 达越远，距离弯曲越大；对相同距离的散射点来说，随着斜视 线性调频信号是研究最早、应用最广泛的一种脉冲压缩信
角变大最大距离弯曲量将变大，但是最大距离弯曲变大的量远
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植物富亮氨酸重复类受体蛋白激酶的研究进展
张常晶朱凯丽
（321004浙江师范大学生化学院浙江金华）
摘要：富亮氨酸重复类受体蛋白激酶(LRR-RLK，LRK)是类受体蛋白激酶家族中已知的最大的亚家族。

它广泛参与了植物的生命活动。

本文主要对其调节植物生长发育、激素传导、生物与非生物胁迫反应等方面的研究进行总结分析，供研究参考。

关键词：LRR-RLK；生长发育；信号传导；生物与非生物胁迫
一、调节植物生长发育
L RR 型类受体激酶在植物发育信号的感知和传导中起到了发挥这重要作用。

对拟南芥 cla v ata（cl v）突变体研究表明，控制茎顶端的分生组织（SA M）数量、花数量花器官的主要有三个基因：CLV1，CL V2和CL V3。

CLV1基因编码一个典型 LRR- RLK，突变将引起茎顶端分生组织干细胞数、花数增多，茎尖增大。

CLV2 属类受体蛋白，与CLV1 结合形成异源二聚体，接受外界的信号。

CLV3 是CLV1 和CLV2 异源二聚体的配体，可调控茎顶端分生组织的数量。

水稻L RR 类受体蛋白激酶Do cs 1 基因突变导致主根表层细胞缺陷，Do cs1 可能通过调节发育相关基因的表达来影响水稻根外表皮细胞的发育。

另外，L RR 型类受体激酶 P AN1 与细胞不对称分化有关；S H B1 在细胞增殖中起重要作用。

这些结果表明 LRR-RLK 在植物生长发育的信号途径中起十分重要的作用。

二、介导植物激素的信号传导
油菜素类固醇（brassinosteroid，BR）是具有促进细胞伸长、细胞分裂、花粉管伸长等重要的生理功能固醇类植物激素。

油菜素内酯信号通路膜受体基因 BRI1（brassionlide-insensitive 1）及 BRI1 相关的BA K1基因，均为 LRR-RLK 成员。

BRI1 和BA K1 两个蛋白间能够形成二聚体，作为油菜素内酯信号通路的受体复合物，共同发挥作用介导油菜素内酯的信号传导。

目前，B R 信号的下游一些蛋白作用机制已经被揭示：B E S1 和B R Z1 是两个序列相似的核蛋白，磷酸化时会被蛋白酶识别并降解，去磷酸化时调控B R 信号途径中相关基因的表达；另一方面，BES1 和 BRZ1 的磷酸化和去磷酸化过程，受 BIN2 调控。

另一个质膜表面 LRR 类受体蛋白激酶 RPKI（receptor-like kinasel）是A BA信号途径的正调节子，在生长发育和胁迫反应中调节多种ABA应答。

RPKI 功能缺失后，拟南芥在种子萌发，植株生长，保卫细胞的关闭以及基因表达等方面均表现出对ABA不敏感。

rpk1 突变体可降低对A BA诱导衰老的敏感度，从而表现出叶片衰老延迟。

除油菜素甾醇、脱落酸、生长素等小分子植物激素外，LRR 类受体蛋白激酶还参与到了一些小分子多肽类激素，如植物硫肽激素、硫化酪氨酸的糖肽和系统素等的信号转导中。

三、参与外源微生物免疫应答
在应对生物胁迫的过程中，L RR-R LK在植物识别病原菌、
激活植物体相关防御反应中发挥重要作用。

拟南芥中感受鞭毛
蛋白的 F L S基因可通过胞外的L RR 结构域识别病原菌的鞭毛蛋
白f l g22，介导植物的免疫反应。

当用f l g22 处理拟南芥f ls2 突变
体时，突变体对体对f l g22 的敏感性明显下降，对f l g22 的感知出现了障碍，植物不能正常的感受外界环境中的病原菌。

水稻抗白叶枯病基因X a21 基因编码一个含有 21 个L RR 基
序的受体蛋白激酶，可对水稻中的白叶枯菌产生抗性。

在抗病
特异性上起作用的是胞外L RR 受体结构域。

X a21 通过其L RR 结构与白叶枯菌编码的肽段Ax21 结合后激活胞内的激酶区，使Xa21 发挥其磷酸化的功能，从而激发防卫反应。

另外，从番茄抗叶霉菌病Cf基因家族、抗假单胞菌 Pt o基因，以及对细菌倍硫磷高度敏感的Fen，其编码蛋白的胞外结构
域均具L RR 结构域。

更有研究发现，一些基因不仅在植物的生
长发育过程中起了重要的调控作用，而且也参与抗病防御，如ERECTA。

四、参与非生物胁迫应答反应
OsSIK1 基因为水稻逆境应答 LRR-RLK 基因，其表达受到盐、干旱、过氧化氢诱导。

S h o u 等发现O s S I K1 过表达植株表现出更
高的盐、干旱耐受性，过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性显著
增强；相反，突变体 sik1-1 和 sik1-2 表现出对干旱和盐胁迫敏感。

说明O s S I K1 可以通过激活抗氧化系统，在水稻耐盐、耐干旱过程中发挥重要作用。

L ei Fen g等发现 F ON1 过表达表现出干旱耐受性增强、过
氧化氢积累量减少以及丙二醛含量相对受控。

相反，R N A i 处理后活性氧过度积累，引起干旱耐受性下降。

在转录水平上，几个胁迫相关基因和 ABA- 响应基因，包括 LEA3、 OsbZIP46、
A P X3 等在过表达植株中上调。

由此可见，F ON1 可通过调节ABA信号来响应干旱胁迫。

此外，边鸣镝等从玉米中克隆了一个Z mL RRP K1 基因，
R T-P C R 分析受外源ABA、甘露糖和氯化钠诱导，说明该基因
可能与植物的非生物胁迫信号转导有关。

这些研究表明 LRR-RLK 通过介导逆境胁迫信号的感知及传递，从而在植物应答逆境胁迫过程中发挥重要的调控作用。

参考文献：
[1] Nimchuk Z L, Tarr P T, Ohno C, Qu X, Meyerowitz E M. Plan t ste m cel l sign ali n g in vo lve s l i gand-dep ende n t tr affic kin g o f t he CLAVATA1 receptor kinase. Current Biology, 2011, 21(5): 345-352. [2] Huang C F, Yam aji N, Ono K, Ma J F. A leucine‐rich repea t receptor‐like kinase gene is involved in the spe cifica tio n of outer cell layers in rice roots. The Plant Journal, 2012, 69(4): 565-576.
比最大距离走动变大的量小的多。

因此，在SA R 成像分辨率要求不是很高的时候，可以忽略距离弯曲量，从而可以简化SA R 成像的算法，达到快速成像和实时成像的目的。

四、结语
本文主要探讨了斜侧视合成孔径雷达成像的可能性，分析了距离迁徙（R CM C）对斜侧视合成孔径雷达成像的影响。

根据斜侧视合成孔径雷达成像特点建立了其工作的空间几何模型和目标距离表达式 , 探讨了距离走动量和距离弯曲量对斜侧视合成孔径雷达成像的主要影响，虽然得出了初步的结论 , 但还有其他一些问题需要进行更深入的研究。

参考文献：
[1] 张澄波 . 综合孔径雷达原理 - 系统分析与应用 [M]. 北京：科学出版社社 ,1989.
[2] 黄岩 , 李春升 , 陈杰 , 周荫清 . 高分辨率星载 SAR 改进 Chip Scaling 成像算法 [J]. 电子学报 ,2000,28(3):35-38.
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