合成孔徑雷達(dá)成像

前言

　　本書(shū)記述了作者在遙感SAR數(shù)據(jù)處理方面的經(jīng)驗(yàn)，其中大部分素材已發(fā)表于早先的技術(shù)文獻(xiàn)中，但匯集成書(shū)尚屬首次。作者在SAR方面的工作始于1977年在MacDonaldDettwiler（MDA）進(jìn)行的SEASAT數(shù)字處理器設(shè)計(jì)，隨后又相繼開(kāi)發(fā)了SIR-B，ERS-1，ERS-2，RADARSAT-1以及ENVISAT處理器，與此同時(shí)也構(gòu)建了一些機(jī)載SAR處理器，包括最近完成的一個(gè)雙頻極化干涉系統(tǒng)，隨著目前RADARSAT-2處理器的開(kāi)發(fā)，相關(guān)工作一直延續(xù)至今?！　”緯?shū)試圖對(duì)過(guò)去27年中積累的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)。最初的工作是基于相干光學(xué)SAR處理器的。通過(guò)借鑒數(shù)字聲吶，很自然地會(huì)將數(shù)字信號(hào)處理原理用于SAR數(shù)據(jù)。雖然軍方早已介入了這方面的工作，但我們對(duì)此一無(wú)所知，因而幾乎是從零開(kāi)始進(jìn)行SAR處理器設(shè)計(jì)的。我們的經(jīng)驗(yàn)主要來(lái)自于“遙感”SAR，這類(lèi)SAR得到的地表圖像一般用于地圖繪制、地質(zhì)學(xué)、海洋學(xué)、林學(xué)以及農(nóng)業(yè)等方面，其分辨率通常在數(shù)米至數(shù)十米，測(cè)繪帶約為2000～8000個(gè)采樣，地面覆蓋可達(dá)150km（ScanSAR下甚至更寬）。星載和機(jī)載SAR在數(shù)據(jù)處理上存在較大差異，能夠同時(shí)滿(mǎn)足對(duì)兩類(lèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理的平臺(tái)在構(gòu)建上比較困難。鑒于星載數(shù)據(jù)較易公開(kāi)獲得，本書(shū)一般針對(duì)這種情況進(jìn)行算法討論，在保持本書(shū)大框架的前提下，將對(duì)部分機(jī)載數(shù)據(jù)的處理差異進(jìn)行簡(jiǎn)單解釋?！　”緯?shū)主要從DSP角度對(duì)SAR處理進(jìn)行說(shuō)明，除了有助于理解SAR回波數(shù)據(jù)特性外，本書(shū)一般不詳細(xì)論述雷達(dá)系統(tǒng)原理。預(yù)期讀者本書(shū)主要面向SAR數(shù)據(jù)處理以及算法開(kāi)發(fā)人員，闡述了大多數(shù)有助于理解和設(shè)計(jì)高質(zhì)量和/或高吞吐量SAR處理器的技術(shù)細(xì)節(jié)。對(duì)于那些不具有較強(qiáng)DSP背景的讀者，本書(shū)也介紹了一些相關(guān)理論。此外，本書(shū)也將加深圖像解譯專(zhuān)家對(duì)SAR數(shù)據(jù)特性的理解。作為DSP原理的具體應(yīng)用，SAR數(shù)字處理器在涉及大量標(biāo)準(zhǔn)DSP算法的同時(shí)，也引入了一些新的概念。因而，本書(shū)也將對(duì)那些希望進(jìn)一步了解DSP實(shí)際應(yīng)用的高年級(jí)學(xué)生或研究生有所幫助。筆誤、錯(cuò)印及疏漏在此，作者對(duì)本書(shū)中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤深表歉意，并希望讀者予以批評(píng)指正。在技術(shù)資料的引用上，盡量選取關(guān)系最密切、最原始的參考文獻(xiàn)，但在許多情況下使用的是最為熟知的文章，這意味著作者的某些論點(diǎn)可能是值得商榷的，在此衷心希望其他專(zhuān)家予以指正。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)專(zhuān)門(mén)論述SAR成像處理算法及其涉及的數(shù)字信號(hào)處理理論和技術(shù)。全書(shū)首先討論了合成孔徑雷達(dá)基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)介紹SAR成像處理所涉及的信號(hào)處理理論、合成孔徑基本概念、合成孔徑雷達(dá)信號(hào)特征分析等；接著討論SAR成像處理算法、實(shí)現(xiàn)及其比較，包括距離－多普勒算法、ChirpScaling算法、Ω－k算法、SPECAN算法等成像處理算法，此外還論述了寬成像帶ScanSAR工作模式的成像處理方法等；最后，《國(guó)防電子信息技術(shù)叢書(shū)：合成孔徑雷達(dá)成像·算法與實(shí)現(xiàn)》討論了SAR成像處理算法中的重要輔助算法，即多普勒參數(shù)估計(jì)，包括多普勒中心估計(jì)和方位調(diào)頻率估計(jì)等。

書(shū)籍目錄

第一部分 合成孔徑雷達(dá)基礎(chǔ)
第1章 概論
1.1 合成孔徑雷達(dá)背景簡(jiǎn)介
1.2 遙感中的雷達(dá)
1.3 SAR基礎(chǔ)
1.4 星載合成孔徑雷達(dá)傳感器
1.5 內(nèi)容概要
1.5.1 星載合成孔徑雷達(dá)圖像示例
參考文獻(xiàn)
第2章 信號(hào)處理基礎(chǔ)
2.1 簡(jiǎn)介
2.2 線性卷積
2.2.1 連續(xù)時(shí)間卷積
2.2.2 離散時(shí)間卷積
2.3 傅里葉變換
2.3.1 連續(xù)時(shí)間傅里葉變換
2.3.2 離散傅里葉變換
2.3.3 傅里葉變換性質(zhì)
2.3.4 傅里葉變換示例
2.4 卷積的DFT計(jì)算
2.5 信號(hào)采樣
2.5.1 采樣信號(hào)的頻譜
2.5.2 信號(hào)類(lèi)型
2.5.3 奈奎斯特采樣率和混疊
2.6 平滑窗
2.7 插值
2.7.1 sinc插值
2.7.2 插值核的頻譜
2.7.3 非基帶和復(fù)插值
2.8 點(diǎn)目標(biāo)分析
2.9 小結(jié)
2.9.1 金星坑的麥哲倫圖像
參考文獻(xiàn)
第3章 線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮
3.1 概述
3.2 線性調(diào)頻信號(hào)
3.2.1 時(shí)域表達(dá)
3.2.2 線性調(diào)頻脈沖的頻譜
3.2.3 調(diào)頻信號(hào)采樣
3.2.4 頻率和時(shí)間不連續(xù)性
3.3 脈沖壓縮
3.3.1 脈沖壓縮原理
3.3.2 線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域壓縮
3.3.3 頻域匹配濾波器
3.3.4 窗效應(yīng)
3.3.5 過(guò)采樣率重定義
3.4 匹配濾波器的實(shí)現(xiàn)
3.4.1 目標(biāo)定位和匹配濾波器棄置區(qū)
3.5 調(diào)頻率失配
3.5.1 基帶信號(hào)中的失配影響
3.5.2 非基帶信號(hào)中的失配影響
3.5.3 濾波器失配和時(shí)間帶寬積
3.6 小結(jié)
3.6.1 ENVISAT/ASAR寬帶圖像
參考文獻(xiàn)
附錄3 A 匹配濾波輸出的推導(dǎo)
附錄3 B 相位失配誤差推導(dǎo)
第4章 合成孔徑的概念
4.1 概述
4.2 SAR幾何關(guān)系
4.2.1 術(shù)語(yǔ)定義
4.2.2 衛(wèi)星地距幾何
4.2.3 衛(wèi)星軌道幾何
4.3 距離等式
4.3.1 距離等式的雙曲線模型
4.3.2 速度與角度的關(guān)系
4.4 SAR距離向信號(hào)
4.4.1 發(fā)射脈沖
4.4.2 數(shù)據(jù)獲取
4.5 SAR方位向信號(hào)
4.5.1 什么是SAR中的多普勒頻率
4.5.2 相干脈沖
4.5.3 PRF的選擇
4.5.4 方位向信號(hào)強(qiáng)度和多普勒歷程
4.5.5 方位向參數(shù)
4.6 二維信號(hào)
4.6.1 信號(hào)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)排列
4.6.2 解調(diào)后的基帶信號(hào)
4.6.3 SAR沖激響應(yīng)
4.6.4 典型雷達(dá)參數(shù)值
4.7 SAR分辨率與合成孔徑
4.7.1 分辨率的帶寬推導(dǎo)
4.7.2 合成孔徑
4.8 小結(jié)
4.8.1 溫哥華島的窄幅ScanSAR圖像
參考文獻(xiàn)
附錄4 A 近似雷達(dá)速度的推導(dǎo)
附錄4 B 正交解調(diào)
附錄4 C 合成孔徑的概念
第5章 SAR信號(hào)的性質(zhì)
5.1 簡(jiǎn)介
5.2 低斜視角下的信號(hào)頻譜
5.2.1 距離多普勒域頻譜
5.2.2 二維頻譜
5.3 一般情況下的信號(hào)頻譜
5.3.1 距離向傅里葉變換
5.3.2 方位向傅里葉變換
5.3.3 距離向傅里葉逆變換
5.4 方位混疊與多普勒中心
5.4.1 方位混疊和模糊的起因
5.4.2 多普勒中心
5.4.3 多普勒模糊
5.4.4 距離向的多普勒中心變化
5.5 距離單元徙動(dòng)
5.5.1 RCM的分量
5.5.2 同一距離處的多個(gè)目標(biāo)
5.5.3 目標(biāo)軌跡卷繞
5.6 點(diǎn)目標(biāo)示例
5.6.1 仿真參數(shù)
5.7 SAR處理算法初窺
5.7.1 時(shí)域匹配濾波
5.7.2 機(jī)載實(shí)時(shí)處理圖像
5.7.3 非聚焦SAR
5.7.4 更好的處理算法
5.8 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄5 A 距離向/方位向的耦合
附錄5 B 方位調(diào)頻率注釋
第二部分 SAR處理算法
第6章 距離多普勒算法
6.1 簡(jiǎn)介
6.2 算法概述
6.3 低斜視角下的RDA
6.3.1 雷達(dá)原始數(shù)據(jù)
6.3.2 距離壓縮
6.3.3 方位向傅里葉變換
6.3.4 距離徙動(dòng)校正
6.3.5 殘余RCM導(dǎo)致的展寬
6.3.6 方位壓縮
6.3.7 低斜視下的RADARSAT-1圖像
6.4 大斜視角情況
6.4.1 斜視的處理改進(jìn)
6.4.2 SRC的實(shí)現(xiàn)
6.4.3 星載和機(jī)載中的SRC方式
6.4.4 SRC仿真試驗(yàn)
6.4.5 機(jī)載L波段雷達(dá)圖像示例
6.5 多視處理
6.5.1 子視時(shí)頻關(guān)系
6.5.2 子視抽取、檢測(cè)及求和
6.5.3 等效視數(shù)
6.5.4 多視處理示例
6.5.5 調(diào)頻率誤差
6.5.6 多視處理圖像
6.6 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第7章 Chirp Scaling算法
7.1 介紹
7.1.1 Chirp Scaling算法概覽
7.2 Chirp Scaling原理
7.3 RCMC中的Chirp Scaling
7.3.1 一致RCMC和補(bǔ)余RCMC
7.3.2 RCM的精確表達(dá)
7.4 變標(biāo)方程推導(dǎo)
7.4.1 補(bǔ)余RCM量級(jí)示例
7.5 CSA處理細(xì)節(jié)
7.5.1 距離處理
7.5.2 方位處理
7.6 處理示例
7.6.1 點(diǎn)目標(biāo)仿真處理
7.6.2 SRTM/X-SAR數(shù)據(jù)處理
7.7 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第8章 wK算法
8.1 簡(jiǎn)介
8.1.1 wKA概述
8.2 參考函數(shù)相乘
8.3 Stolt插值
8.3.1 變量代換
8.4 對(duì)Stolt映射的理解
8.4.1 Stolt映射的組成部分
8.4.2 基于傅里葉變換性質(zhì)的理解
8.4.3 基于支持域的理解
8.4.4 基于成像幾何關(guān)系的理解
8.5 誤差分析
8.6 近似wKA
8.6.1 近似項(xiàng)
8.6.2 與RDA和CSA的關(guān)系
8.6.3 近似wKA的誤差討論
8.7 處理示例
8.7.1 完整wKA仿真
8.7.2 近似wKA
8.7.3 X波段機(jī)載聚束雷達(dá)圖像示例
8.8 小結(jié)
參考文獻(xiàn)
附錄8 A 波數(shù)域的Stolt映射
第9章 SPECAN算法
9.1 簡(jiǎn)介
9.1.1 SPECAN算法概述
9.2 SPECAN算法的推導(dǎo)
9.2.1 SPECAN的卷積推導(dǎo)
9.2.2 幾何解釋
9.2.3 混疊與FFT長(zhǎng)度
9.2.4 輸出采樣間隔
9.2.5 FFT有效輸出點(diǎn)數(shù)
9.2.6 后續(xù)FFT位置
9.2.7 FFT輸出結(jié)果的拼接
9.3 多視處理
9.4 處理效率
9.5 距離徙動(dòng)校正
9.5.1 時(shí)域線性RCMC
9.5.2 數(shù)據(jù)傾斜與校直
9.6 相位補(bǔ)償
9.7 關(guān)于圖像質(zhì)量的一些問(wèn)題
9.7.1 拼接點(diǎn)處的頻率間斷
9.7.2 方位調(diào)頻率誤差
9.7.3 扇貝輻射效應(yīng)
9.8 處理示例
9.8.1 仿真點(diǎn)目標(biāo)
9.8.2 SPECAN算法處理出的ERS圖像
9.9 小結(jié)
參考文獻(xiàn)

編輯推薦

　　《國(guó)防電子信息技術(shù)叢書(shū)：合成孔徑雷達(dá)成像·算法與實(shí)現(xiàn)》重視細(xì)節(jié)，強(qiáng)調(diào)算法的工程實(shí)現(xiàn)，并提供了數(shù)據(jù)和習(xí)題等，對(duì)專(zhuān)門(mén)從事SAR成像處理研究人員而言是一本操作性很強(qiáng)的書(shū)籍，同時(shí)也是一本出色的教學(xué)和培訓(xùn)用書(shū)。此外，《國(guó)防電子信息技術(shù)叢書(shū)：合成孔徑雷達(dá)成像·算法與實(shí)現(xiàn)》也非常適合系統(tǒng)工程師和后續(xù)SAR圖像應(yīng)用單位的研究人員閱讀。

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