斜视聚光灯合成孔径雷达(SAR)成像
这个例子展示了如何使用线性调频(LFM)波形建模一个基于聚光灯的合成孔径雷达(SAR)系统。在斜视模式下，SAR平台可以根据需要从侧面斜视一定角度向前或向后看。斜视模式有助于成像位于当前雷达平台位置前面的区域，或成像位于干涉测量应用平台位置后面的位置。由于距离方位角耦合，斜视模式的挑战更高。由于SAR的分辨率取决于信号和天线的配置，分辨率可以比基于视觉的成像系统高得多。本例使用聚光灯模式，对位于SAR平台位置前方的静止目标图像执行距离迁移算法[1,3]。线性调频波形在相当低的发射功率下提供了大时间带宽产品的优势，使其适合用于机载系统。有关本例中使用的术语的详细信息，请参见带状图合成孔径雷达(SAR)成像．
雷达的配置
考虑在c波段工作的机载SAR，载波频率为4 GHz，信号带宽为50 MHz。这种带宽产生3米的距离分辨率。如图所示，雷达系统从舷侧33度斜视角度收集数据。延迟通常与目标与平台之间的倾斜范围相对应。对于一个SAR系统，倾斜范围将随时间变化，因为平台穿越一个正交于天线波束方向的路径。下面这一节着重于为传输波形定义参数。线性调频扫描带宽可以根据所需的距离分辨率来决定。
C = physconst(“光速”）;
设置SAR中心频率。
Fc = 4e9;%赫兹
设置所需的距离和横向距离分辨率为3米。
rangerresolution = 3;%米crossrangerresolution = 3;%米
信号带宽是由所需的距离分辨率得出的参数。
bw = c/(2* rangerresolution);PRF = 1000;%赫兹孔径= 4;%平方。米TPD = 3*10^-6;%交会Fs = 120*10^6;%赫兹
配置雷达的LFM信号。
波形=相控。LinearFMWaveform (“SampleRate”fs,“脉冲宽度”一系列问题,脉冲重复频率的脉冲重复频率,.．.“SweepBandwidth”bw);
假设飞机速度为100m /s，飞行时间为4秒。
速度= 100;% m / sflightDuration = 4;%交会雷达平台=相控。平台(“InitialPosition”(0, -600, 500),“速度”, (0;速度;0]);slowTime = 1/prf;numpulse = flightDuration/slowTime +1;eta1 = linspace(0,flightDuration,numpulse)';maxRange = 2500;truncrangsamples = ceil((2*maxRange/c)*fs);fastTime = (0:1/fs:(truncrangessamples -1)/fs);设置跨范围处理的参考范围。Rc = 1e3;%米
配置SAR发射机和接收机。天线朝向与飞行方向正交的舷侧方向。
天线=相控。CosineAntennaElement (“FrequencyRange”， [1e9 6e9]);antennaGain = aperture2gain(孔径，c/fc);发射机=相控。发射机(“PeakPower”1 e3,“获得”, antennaGain);散热器=阶段性。散热器(“传感器”、天线、“OperatingFrequency”足球俱乐部,“PropagationSpeed”c);收集器=阶段性。收集器(“传感器”、天线、“PropagationSpeed”c“OperatingFrequency”、fc);接收器=阶段性。ReceiverPreamp (“SampleRate”fs,“NoiseFigure”, 30);
配置传播通道。
通道=分阶段。空闲空间(“PropagationSpeed”c“OperatingFrequency”足球俱乐部,“SampleRate”fs,.．.“TwoWayPropagation”,真正的);
现场配置
在本例中，在下面指定的位置配置了两个静态点目标。在模拟中进一步显示的整个场景位于平台的前方。数据收集在机载平台与目标位置齐平之前结束。所有目标的平均RCS值为1平方米。
targetpos = [900, 0, 0, 1000, -30, 0) ';Targetvel = [0,0,0;0,0,0]';
斜视角度的计算依赖于目标场景的飞行路径和中心，在本例中，目标场景位于近950米的位置。
斜角= atand(600/950);目标=阶段性。RadarTarget (“OperatingFrequency”足球俱乐部,“MeanRCS”[1]);pointTargets =分阶段。平台(“InitialPosition”targetpos,“速度”, targetvel);下图描述了基于目标的ground truth%的位置。图(1);H =轴;plot(targetpos(2,1)，targetpos(1,1)，‘* b”);所有;情节(targetpos (2, 2), targetpos(1、2),“* r”);从；集(h,“Ydir”，“反向”xlim([-50 10]);ylim([800 1200]);标题(“地面实况”); ylabel (“范围”),包含(“横向距离”）;
SAR信号模拟
下面将介绍基于上述配置的系统运行情况。具体来说，下面的部分将展示如何为SAR平台执行数据收集。当平台在横向距离方向上移动时，脉冲在相对于飞行路径的斜视角定义的方向上发射和接收。脉冲的集合给出了当平台移动时位于照明区域的目标的相位历史。目标在光照区域中的位置越长，整个图像的跨距离分辨率越高，因为距离和跨距离聚焦的过程对整个场景是广义的。
Rxsig = 0 (truncrangsamples, numpulsed);为Ii = 1:numpulse更新雷达平台和目标位置[radarpos, radarvel] =雷达平台(slowTime);[targetpos,targetvel] = pointTargets(slowTime);获得点目标的范围和角度[targetRange, targetAngle] = rangeangle(target, radarpos);%生成LFM脉冲Sig =波形();只使用能覆盖目标的脉冲长度。Sig = Sig (1: truncrangsamples);%发送脉冲Sig =发射机(Sig);向目标发射脉冲sig =散热器(sig, targetAngle);将脉冲传播到自由空间中的点目标Sig = channel(Sig, radarpos, targetpos, radarvel, targetvel);%反射目标的脉冲Sig =目标(Sig);收集天线处的反射脉冲sig = collector(sig, targetAngle);%接收信号Rxsig (:，ii) = receiver(sig);结束Kc = (2*pi*fc)/c;补偿由于斜视角度引起的多普勒rxsig = rxsig。* exp(1我。* 2 * (kc) * sin(函数(squintangle)) * repmat(速度* eta1 1 truncrangesamples)。”;
可视化接收到的信号。
现在可以将接收到的信号可视化为跨距离方向传输的多个脉冲的集合。图中显示了两个目标信号的实部。由于天线的斜视角度，啁啾出现倾斜。
显示亮度图像(真实(rxsig))、标题(“SAR原始数据”)包含(“横向距离样本”) ylabel (的范围的样品）
执行范围压缩。
距离压缩将有助于实现50 MHz带宽所需的距离分辨率。
pulseCompression =相控。RangeResponse (“RangeMethod”，匹配滤波器的，“PropagationSpeed”c“SampleRate”fs);matchingCoeff = getMatchedFilter(波形);[cdata, rngrrid] = pulseCompression(rxsig, matchingCoeff);
下图显示了对接收信号进行距离压缩后的响应。两个目标的相位历史沿跨距离方向清晰可见，实现了距离聚焦。
显示亮度图像(真实(cdata(800:1100,:)));标题(SAR距离压缩数据)包含(“横向距离样本”) ylabel (的范围的样品）
方位压缩
有多种技术可以处理跨距离数据，并从SAR原始数据中获得距离压缩后的最终图像。从本质上讲，距离压缩有助于实现快速时间方向或距离方向的分辨率，而横向距离方向的分辨率是通过方位角压缩或横向距离压缩实现的。本例演示了斜视情况下的距离迁移算法。方位聚焦需要考虑天线倾斜引起的斜视。
rma_processed = helperSquintRangeMigration(cdata,fastTime,fc,fs,prf,speed,numpulse,c,Rc,squintangle);
可视化最终的SAR图像。
利用距离迁移算法绘制聚焦的SAR图像。只有通过距离迁移算法形成的图像的一部分被显示出来，以准确地指出目标的位置。[1]、[2]和[3]所示的距离偏移提供了跨轨和顺轨方向的理论分辨率。
图(2);显示亮度图像(abs (rma_processed(2300:3600 1100:1400)。');标题(使用距离迁移算法聚焦SAR数据)包含(“横向距离样本”) ylabel (的范围的样品）
总结
本例展示了如何在机载数据收集场景中利用LFM信号模拟和开发斜视模式Spotlight SAR处理。该示例还演示了通过改进的距离迁移算法从接收到的信号生成图像，以处理由于斜视造成的影响。
参考文献
卡弗里奥，C.普拉蒂，和F.罗卡。“利用地震偏移技术聚焦SAR数据。”IEEE航空航天与电子系统汇刊中国农业科学，27(2)，1991，第194 - 207页。https://doi.org/10.1109/7.78293．
Soumekh, M。合成孔径雷达信号处理的MATLAB算法．约翰·威利父子，1999年。
斯托尔特，r.h.。傅里叶变换技术的迁移地球物理学， 1978, 43, pp. 23-48。
附录
距离迁移算法
函数azcompresseddata = helperSquintRangeMigration(sigData,fastTime,fc,fs,prf,speed, numpulse,c,Rc,squintangle)
该函数演示了侧视合成孔径雷达成像的距离偏移算法。该算法考虑了脉冲压缩合成孔径数据。
设置范围频率跨度。
frequencyRange = linspace(fc-fs/2,fc+fs/2,length(fastTime));krange = 2*(2*pi*frequencyRange)/c;
设置横向距离波数。
kaz = 2*pi*linspace(-prf/2,prf/2, numpulse)./speed;
生成交叉距离波数矩阵，以匹配接收到的二维SAR信号的大小
Kc = 2*pi*fc/3e8;Kazimuth = kaz.';与= 2 * (kc) * sin(函数(squintangle));Kx = krange.²-(kazimuth+kus).^2;
波数已被修改，以适应偏移由于斜视和实现方位角聚焦。
thetaRc = deg2rad(斜角);Kx =根号下(Kx。*(kx > 0));我kFinal = exp (1 * (kx。* cos (thetaRc) + (kazimuth)。* sin (thetaRc))。* Rc);kfin = kx.*cos(thetaRc)+(kazimuth+kus).*sin(thetaRc);
对范围压缩信号进行二维FFT。
sdata = fftshift (fft (fftshift (fft (sigData [], 1), 1), [], 2), 2);
执行批量压缩以获得参考范围的方位角压缩。利用新的交叉距离波数对二维FFT信号进行滤波，实现在参考范围内的完全聚焦，作为副产物，部分聚焦不在参考范围内的目标。
fsmPol = (sdata.').*kFinal;
执行Stolt插值来实现对不在参考范围内的目标的聚焦
stoltPol = fsmPol;为i = 1:尺寸((fsmPol), 1) stoltPol(我:)= interp1 (kfin(我,:),fsmPol(我,:),krange (1:));结束stoltPol(isnan(stoltPol)) = 1e-30;azcompresseddata = ifftshift(ifft2(stoltPol)，2);结束
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