RD成像算法分析

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1、RD成像算法分析RD成像算法分析本文是雷达成像原理的第一次课程作业。在此次作业中我完成了对已提供 RD算法的Matlab程序的分析，并且根据自己对该算法的理解重新编写了 Matlab 程序，用它对RADARSAT-1的真实回波数据进行了成像实验。本文分三部分：第一部分对经典RD算法做了一个简单的介绍；第二部分对已提供RD算法的Matlab程序进行了分析；第三部分用自己编写的RD算法的Matlab程序对RADARSAT-1的真实回波数 据进行了成像实验，并给出了实验结果。IRD成像算法分析一、 经典RD算法简介RD (Range Doppler)算法是一种非常经典的SAR成像算法。虽然它有着比

2、较长的历史，但它鲜明的特点使得它能“长盛不衰”，在一些SAR系统中，它是 一种实际米用的成像算法。经典的RD算法只考虑了相位展开的一次项，它分为三个步骤：距离压缩(Range Compression，RC)、距离迁移校正(Range Cell Migration Correction，RCMC) 和方位压缩(Azimuth Compression， AC)。其中 RCMC 既可以在 Range-Doppler 域完成，也可以在Frequency-Azimuth Range域完成。它的流程如图1所示。(a)Range-Doppler 域 RCMC(b) Frequency-Azimuth Ran

3、ge 域 rcmc图1经典RD算法流程图二、RD算法的Matlab程序分析已提供的RD算法Matlab程序是严格基于图1 (a)中的流程进行编写的。 由于该程序并没有特别新颖的地方，所以本文只利用该程序对RD算法作进一步 的理解，而将工作重点主要放在对RADARSAT-1真实回波数据的成像上。该程序可以分为六个小部分：设定参数、模拟回波、RC、RCMC、AC以及结-9 -果显示。1、 设定参数该程序是在空域中实现SAR成像的，所以距离是基本的度量单位。程序采用其中一些重要变量和表达式的意义见表1 （若程序中有明确注释，在此不予 列出）。表1变量和表达式意义变量/表达式意义Xc测绘带中心距离2*

4、X0测绘带宽2*Y0方位向上接收回波的距离2、 模拟回波程序假定了5个点目标，并且它们对电磁波的反射能力是相同的，它们各自 回波的线性迭加就构成了仿真的SAR回波数据，其幅值如图3所示。3、RC图3回波幅值图进行RC时先产生距离向上所发射的LFM信号，然后对其作FFT得到发射信 号的频谱，根据匹配滤波器的原理，它的共轭就是距离向上匹配滤波器的频谱。 将匹配滤波器的频谱与回波没距离向的FFT相乘进行匹配滤波，再将结果作IFFT 就完成了 RC。其流程见图1（a）中相应部分。RC后的数据的幅值图如图4所 示。图4RC后的幅值图从图4可以明显的看出，RC后的图像在距离向上有明显的迁移，所以要进 行

5、RCMC。4、RCMC由于算法只考虑了相位展开中的一线性项，故RCM只是距离的线性函数。 程序是通过Sinc插值来补偿RCM的。插值的运算量是比较大的。RCMC后的幅 值图如图5所示。5、AC图5RCMC后的幅值图AC的步骤和RC是一样的。也是先产生方位向上的LFM信号，然后进行匹 配滤波，其流程见图1（a）中相应部分，在这里就不多加表述了。完成这一步 后就得到了最终的SAR图像，如图6所示。Azimuth图6SAR图像三、RADARSAT-1真实回波数据成像实验如果要用已提供的程序对RADARSAT-1的真实回波数据进行成像，在参数方 面要做较大的修改，为了更好的理解RD算法，本文针对RAD

6、ARSAT-1回波数据 的特点重新编写了 RD算法的Matlab程序，并在此基础上进行了成像实验。RADARSAT-1是将回波数据进行自动增益控制（AGC）后，以CEOS的格式进 行文件存储的。所以先要从CEOS格式文件中读取数据，并进行AGC还原后才能 得到真正的回波数 据。在不引起混淆的情况下，下文中的回波数据 是指 RADARSAT-1的经过以上两个步骤后获得的真正回波数据。得到回波数据后，本文是按图1（b）所示的流程来实现RD算法的。算法 所需的 RADARSAT-1 的参数是从 Ian Cumming 等所著 Digital Processing of Synthetic Apert

7、ure Radar Data 一书及其相关Matlab程序中得到的。本文在Matlab R2006b （Matlab 7.3.0）编写和调试的程序，程序文件名为RADARSAT_RDA_Imaging.m。由于程序中注释比较详尽，在此不对程序本身作过多的说明，只对RD算法本身 的关键步骤加以分析。图7是回波数据经过RC后的幅值图，从图中可以看到一些明亮的条纹，它 们表明了在回波数据中有强散射目标。但是这些条纹并不与方位向平行，而是有 一定的倾斜，这种倾斜就是由于距离迁移造成的，所以需要进行RCMC。图8是RCMC的幅值图，从图中可以看到图7中的斜条纹现在已基本与方 位向平行了，说明算法中的RC

8、MC是十分有效的。ML eonaH115001100010500100009500900085008000The Image After RC15002000250030003500400045005000Range Cell图7RC后的幅值图enIL eona115001100010500100009500900085008000The Image After RC and RCMC15002000250030003500400045005000Range Cell图8RCMC后的幅值图在进行AC时，理论上方位向上的匹配滤波器的调频斜率是与距离的关系的， 但是对于星载SAR来说这二者的关系不

9、是很明显。所以在一些应用场合下可以用 某一固定距离下的匹配滤波器来对方位向进行脉冲压缩。图9是用最近距离下 的匹配滤波器来对整个实验数据进行AC后的幅值图。为了作一对比，图10是用与距离相对应的匹配滤波器进行AC后的幅值图， 可以发现图9只是在某些细节上稍稍逊色于图10。图11是将不同数据对应的图像进行拼接，得到的整个测绘区域的SAR图像， 从成像质量上看经典RD算法对星载SAR的成像是比较有效的。当然，一般来说， 用单纯的成像算法得到的SAR图像质量往往是不高的，必须进行后续的处理才能 进一步地提高图像质量。比如进行多视处理可以很好的抑制相干斑噪声，以及相 关图像处理也能较大提高图像质量。M

10、L eonaThe Image of The Raw Data of RADARSAT-1 by RD Algorithm11500110001050010000950090008500800015002000250030003500400045005000Range Cell图9用最近距离下的匹配滤波器进行AC后的幅值图ML eonaThe Image of The Raw Data of RADARSAT-1 by RD Algorithm11500110001050010000950090008500800015002000250030003500400045005000Range Cell图10用与距离对应的匹配滤波器进行AC后的幅值图* 1芹The Innage of The Raw Data of RADAR SAT-1 by-RD Algorithm10002000300040005000600070008000Range .Cell图11整个测绘区域的SAR图像