合成孔径雷达成像自聚焦算法的比较
对比度最优与子孔径相关自聚焦算法的比较
对比度最优与子孔径相关自聚焦算法的比较
康雪艳;杨汝良
【期刊名称】《测试技术学报》
【年(卷),期】2003(017)001
【摘要】为了选用快速高效的自动聚焦算法对机载 SAR 数据进行聚焦处理, 针对两种自聚焦算法对比度最优法(Contrast Optimization, 简称 CO)与子孔径相关法(Map Drift, 简称 MD), 利用中科院电子所机载 %L % 波段合成孔径雷达(SAR)的实际数据和仿真的点目标对这两种算法进行了对比实验研究. 给出了分别用两种算法处理的点目标冲激响应和实际 SAR 图像. 通过对比分析, 表明 CO 算法比 MD 算法计算速度快、估计效果较好.
【总页数】6页(P19-24)
【作者】康雪艳;杨汝良
【作者单位】中国科学院,电子学研究所,北京,100080;中国科学院,电子学研究所,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.52+4
【相关文献】
1.基于对比度最优的SAS图像自聚焦 [J], 傅寅锋
2.基于对比度最优准则的自聚焦优化算法研究 [J], 邓云凯;王宇;杨贤林;张志敏
3.对比度最优自聚焦算法 [J], 刘月花;荆麟角
4.基于对比度最优准则的反投影自聚焦方法∗ [J], 陈家瑞;张劲东;班阳阳;邱晓燕
5.基于最优对比度准则的SAR图像相位梯度自聚焦算法 [J], 赵侠;汪雄良;王正明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
机载聚束模式合成孔径雷达的成像算法
基于图像聚焦与运动补偿的改进算法
总结词
详细描述
该算法通过引入图像聚焦和运动补偿技术， 实现了对运动目标和复杂背景的高分辨率成 像。
基于图像聚焦与运动补偿的改进算法，通过 对运动目标和复杂背景进行聚焦和补偿处理 ，提高了成像的分辨率和对比度。该算法具 有较高的计算复杂度，但能够提供高质量的 SAR图像，适用于对运动目标和复杂背景的
实验结果展示与分析
结果展示
将机载聚束模式合成孔径雷达的原始回波数据转化为 地物图像，并进行对比分析。
结果分析
通过与实地采集的地物图像进行对比，验证了机载聚 束模式合成孔径雷达的成像效果。
成像算法性能评估与对比分析
性能评估：评估机载聚束模式合成孔径雷达的成像算法在分辨率、对比度、清晰度等方面的性能指 标。
机载聚束模式合成孔径雷达 的成像算法
2023-11-06
目 录
• 成像算法概述 • 聚束模式SAR基本成像算法 • 改进型聚束模式SAR成像算法 • 成像算法的优化与实现 • 成像算法验证与分析 • 结论与展望
01
成像算法概述
合成孔径雷达（SAR）基本原理
合成孔径雷达是一种雷达成像技术，通过在飞行器上安装雷达天线，利用目标的 反射信号，生成高分辨率的图像。
数据输出与显示
将成像结果和目标信息进行输出和 显示，为后续任务提供决策支持。
05
成像算法验证与分析
实验场景与数据采集
实验场景
机载聚束模式合成孔径雷达（CS-SAR）在城市、农田、 山丘等典型地物场景中进行实验。
数据采集
采集不同飞行高度、速度、姿态等条件下的雷达回波数 据，以及对应的地物图像数据。
除了军事应用外，该成像算法也可应用于民用航空领域，例如机场跑道检测、地形测绘、 气象观测等方面，具有广泛的应用前景。
机载聚束式合成孔径雷达聚焦算法研究
机载聚束式合成孔径雷达聚焦算法研究
机载聚束式合成孔径雷达（SAR）是一种高分辨率的雷达成像技术，它可以通过合成大量的单次雷达回波信号来生成高质量的雷达图像。
然而，由于SAR系统的复杂性和数据处理的挑战，SAR图像的质量和分辨率往往受到限制。
因此，聚焦算法是SAR图像处理中的一个重要环节，它可以提高SAR图像的质量和分辨率。
聚束式SAR聚焦算法是一种基于波束形成的SAR图像处理方法。
它通过将SAR回波信号聚焦到一个点上，从而提高SAR图像的分辨率和质量。
聚束式SAR聚焦算法的核心是波束形成，它可以将SAR 回波信号聚焦到一个点上，从而提高SAR图像的分辨率和质量。
波束形成的过程包括两个步骤：一是将SAR回波信号进行相位校正，使其在聚焦点上相位一致；二是将相位校正后的信号进行加权叠加，从而形成一个聚束波束。
聚束式SAR聚焦算法的优点是可以提高SAR图像的分辨率和质量，从而更好地满足实际应用需求。
然而，聚束式SAR聚焦算法也存在一些挑战，如波束形成的复杂性、计算量大等问题。
因此，未来的研究方向应该是进一步优化聚束式SAR聚焦算法，提高其计算效率和实用性。
聚束式SAR聚焦算法是SAR图像处理中的一个重要环节，它可以提高SAR图像的分辨率和质量。
未来的研究方向应该是进一步优化聚束式SAR聚焦算法，提高其计算效率和实用性，从而更好地满足
实际应用需求。
合成孔径
发射信号的线性相位
1 t
与距离有关的常数相位
2
飞机运动产生的二次相位
4 R0
2
3
2 ( X 0 X p )
R0
如果令Xo=V*to，Xp=V*t，则有
3
2 V (t t0 )
2
2
R0
4 R0 2 V (t t0 )
2 2
将相位对时间求导数，再除以360度，即得回波 信号的瞬时频率：
从目标散射回来的回波脉冲数N与三个因素有关： • 天线的发射脉冲的周期Tr
• 雷达的运动速度Va
• 波束在目标P点处的直线长度Ls
Ls R
Ts N Ts Tr Ls Va Ls Va .Tr 1 Ls x 1
1
图 阵列天线的概念
如果从目标P散射回来的N个脉冲回波的相位关系与 实际小天线元所接收到的信号的相位关系完全一样，必 须注意它是往返的双程差，则合成天线的波束角应为：
合成孔径雷达原理
回波信号的特性
合成孔径的匹配滤波
合成孔径的相关处理
图 合成孔径雷达空间几何关系
飞机以Va的速度沿X方向作匀速直线飞行，飞行高度为 H，机载雷达天线以规定的高低角向航线正侧方向地面发射 无线电波。设其垂直波束，方位波束角，测绘带宽，最大 合成孔径长度(远距点)，最小合成孔径长度(近距点)。
f Dc
2
( s sc )
fr
4
( s sc )
2
距离迁移是SAR处理中必然出现的现象，距离迁移为
R R( s) R0
虽然距离迁移是SAR处理中必然出现的现象，但它的 大小随系统参数不同而变化，并不总需要补偿。通常认 为，如果最大距离迁移值不大于四分之一个距离分辨单 元，则距离迁移不需要补偿，即：
快速后向投影合成孔径雷达成像的自聚焦方法
保持了Ｆ Ｂ Ｐ成 像 处 理 的高 精 度 和 高 效 率 性 能 ． 通过该 算法有效处理系统定位精度 不足导致 的 Ｆ Ｂ Ｐ 成 像 聚 焦 下 降 问题 ． 利用实测机载 ｓ Ａ Ｒ 数据 验 证 了所 提 算 法 的有 效 性． 关键 词 ：合 成 孔 径 雷达 ； 快 速 后 向投 影 ； 自聚 焦 ； 运 动 补偿 中图分类号 ： ＴＮ ９ ５ ７ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ － ２ ４ ０ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ １ — ０ ０ ６ ９ — ０ ６
ｌ ｅ ｖ ｅ １ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｗｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ａ ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍａ ｐ ｄ ｒ ｉ ｆ ｔ （ Ｍ ＡＭ Ｄ ） ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ
根据多普勒定义fd2vsin13坐标系选为sin则可认为子孔径成像子孔径成像坐标原点对应的子孔径中心为a子孔径成像中方位坐标对应多普勒假设成像方位范围定2v即对应多普勒宽度为fp则直接对子孔方位逆傅里叶变换可得到距离方位时间域为hfp孔径中心对应的时间中心为tc方位坐标对应多普勒继而利用方位时间和多普勒的傅里叶变换对关系像变换到方位时间域这为ffbp结合现有的自聚焦sar观测几何引入的系统包络偏移和相位变化精确补偿于机载平台的运动惰性通常假设相位误差的多项式形式为14其中为多项式阶数
合成孔径雷达成像自聚焦算法的比较
合成孔径雷达成像自聚焦算法的比较作者：周学军韩香娥来源：《科技视界》2013年第26期【摘要】本文简要地分析和比较两类合成孔径雷达自聚焦算法的特点，并通过多点目标自聚焦成像对其进行验证，表明结论可靠。
【关键词】自聚焦算法；多点目标；孔径雷达0 引言SAR自聚焦算法的任务是首先要对经过处理后的未补偿的SAR信号进行相位误差估计，然后消除其相位误差。
SAR自聚焦算法就其本质而言是一个二维估计问题，在公式（2）中的相位误差既是空变的又是不可分离的乘性噪声的事实使问题变得极为棘手。
影响成像的几何线性，分辨率、图像对比度和信噪比的主要因素取决于相位误差的性质和大小，基于处理孔径上相位误差形式，表1给出两大类相位误差及其每一类对SAR成像的一般影响。
表1 相位误差的分类1 几种实用的自聚焦算法的比较一般来说，自聚焦算法可以划分为两类：基于模式算法和非参数算法。
基于模式的自聚焦算法估计相位误差的模式展开系数。
低阶模自聚焦仅能估计二阶相位误差，而更复杂的方法还可以估计高阶多项式相位误差。
子孔径相关法（MD）和多孔经相关法（MAM）是针对低频相位误差补偿提出的基模自聚焦算法的范例。
基于模式算法虽然执行起来相对简单而且算法高效。
不过只能相位误差被正确估计的情况下才能保证这样的优越性。
第二类自聚焦算法，即非参数自聚焦算法，典型的有相位梯度自聚焦算法，基于最小熵准则和最大对比度准则的自聚焦方法，这些方法都不需要相位误差的先验知识。
特别地，相位梯度自聚焦算法几种改进的算法。
其中特征向量法是在PGA框架下运用了极大似然算子取代了原始的相位差算子核，改进的相位梯度自聚焦算法的策略通过选择一组高质量的目标以提供非迭代的PGA解。
另一种方法是运用加权最小二乘法以实现相位误差最小化的PGA。
适用范围扩大，计算高效。
在一些SAR应用中，相位误差显著依赖位置，空变的自聚焦的常用的方法是将大场景分成更小的子图像，每个子图像的误差近似不变的，因此，传统的空间不变的自聚焦程序可以应用到每个子图像。
合成孔径与实孔径雷达谱域成像算法对比分析
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｒａ ａ ｍａ ｉｇ ａｇ ｒｔ ｍｓｏ ｏ ｈ ｓ ｎ ｈ ｔ ｐ ｒ ｕ ｅｒ ｄ ｒ（ ＡＲ）ａ ｄ ｒａ ｐ ｒｕ ｅ ｄ ｒｉ ｇ ｎ ｌｏ ｉｈ ｆｂ ｔ ｙ ｔ ｅｉ ａ ｅ ｔ ｒ ａ ａ Ｓ ｃ ｎ ｅ ｌａ ｅ ｔ ｒ
ｒｄ ｒ（ ａ ａ ＲＡＲ） ｓ ａ ｎ ｎ ｄ ｌａ ｅ ｓ ｕ ｉｄ Ｉ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｗｏ ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｖ ｑ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｃ ｎ ｉ ｇ ｍｏ ｅ ｒ ｔ ｄ ｅ ． ｔ ｉ ａ ｅ ｎ ｔ — ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｗａ ｅ ｅ ｕ ｔ ｎ ｏ ｂ ｓ ｃ ｆ ｅ ｕ ｎ ｙ ｗａ ｅ ｕ ｂ ｒ ｍｉ ｒ ｔｏ ｍａ ｉ ｇ ａ ｇ ｒｔ ｍ． Ｔｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ａ ａｙ ｅ ｈ ｏ ｔ ａ ｔ ａ ｉ ｒ ｑ ｅ ｃ — ｖ ｎ ｍ ｅ ｇ ａ ｉ ｎ ｉ ｇ ｎ ｌ ｏ ｉｈ ｉ ａ ｅ ｎ ｌ ｚ ｓｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｓｓ ｂ ｔ ｅ ＡＲ ｎ ｅ ｗｅ ｎ Ｓ ａ ｄ ＲＡＲ ｍｏ ｅｓ ｏ ｈ ｓ ｅ ｔ ｆ ｐ ｔａ ｐ ｃ ｒ ｍ ｉ ｉ ｇ ｆ ｒ ａ ｄ ｉ ｇ ｎ ｅ ｕ ｔ ｄ ｌ ｎ ｔ ｅａ ｐ ｃ ａ ｉ ｌ ｅ ｔ ｕ ｆ ｌ ｏ ｍ ｎ ｍａ ｉ ｇ ｒ ｓ ｌ ｏ ｓ ｓ ｌｎ ｒｓｌｔ ｎ ｅ ｏ ｕ ｉ ．Ｔｗｏ ｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｅ ｆ ｒ ｄ ｔ ａ ｉ ａ ｅ ｔ ｅ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｅ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｔ ｅ ｓ ｏ ｏ ｉ ｌ ｔ ｓ ａ ｅ ｐ ｒ ｏ ｍｅ ｏ ｖ ｌ ｔ ｈ ｆｅ ｔｖ ｎ ｓ ｎ ｈ ｏ ｒ ｃ ｎ ｓ ｆ ｏ ｄ ｒ ｄ ｒ ｉ ｇ ｎ ｌ ｏ ｉｈ ｎ ｈ ｂ ｖ ｈ ｏ ｅ ｉａ ｎ ｌ ｓｓ ｒ ｓ ｌ ． ａ ａ ｍａ ｉ ｇ ａ ｇ ｒｔ ｍｓ ａ ｄ ｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌａ ａ ｙ ｉ ｅ ｕ ｔ
机载聚束模式合成孔径雷达的成像算法研究
机载聚束模式合成孔径雷达的成像算法研究摘要：机载聚束模式合成孔径雷达（SAR）已成为一种重要的空中成像技术。
在本文中，我们研究了改进的SAR成像算法，以提高对地面目标的成像分辨率和图像质量。
本文首先介绍了SAR的基本原理和聚束模式合成孔径雷达系统的特点。
然后详细探讨了传统的SAR成像算法的局限性，包括接收信号的相位和平移不稳定性，以及小目标检测、成像分辨率和图像质量等问题。
为此，我们提出了一种改进的SAR成像算法，该算法结合了自适应滤波和多通道合成技术，以消除信号相位和平移不稳定性，并优化成像分辨率和图像质量。
最后，我们对该算法进行了仿真实验，并通过实验结果验证了该算法的有效性和改进效果。
关键词：聚束模式合成孔径雷达；成像算法；自适应滤波；多通道合成技术；成像分辨率；图像质量；小目标检测。
一、引言机载聚束模式合成孔径雷达（SAR）已成为一种重要的空中成像技术。
它具有不受天气和时间限制、具有高精度的全天候成像能力等特点，因此在军事、民用等领域得到了广泛应用。
SAR在现代远程感知技术中的地位越来越重要，其中图像质量受到了广泛关注。
在本文中，我们将研究改进的SAR成像算法，以提高对地面目标的成像分辨率和图像质量。
二、SAR的基本原理相较于光学成像方式，SAR成像对地表结构的探测更为直接和准确。
SAR利用雷达信号的相位信息而不是幅度信息来成像，将有效提高对目标的探测和定位能力。
其基本原理是利用雷达信号在目标上反射后返回到接收机的时间，再结合雷达信号的波长，计算出反射面相对于雷达的位置和形状，并形成目标的影像。
在此基础上，我国采用了聚束模式合成孔径雷达技术，它是一种利用广播控制机构完成点到点的制导控制，形成以此为依据的各种能用于遥感、飞行管制等的功能。
三、SAR算法的局限性传统的SAR成像算法在处理实际成像问题时存在局限性。
这些局限性主要包括以下三个方面的问题：(1) 接收信号的相位不稳定性: SAR接收信号的相位是随机变化的，因此存在相位不稳定性问题，这样会影响SAR的成像质量。
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合成孔径雷达成像自聚焦算法的比较
【摘要】本文简要地分析和比较两类合成孔径雷达自聚焦算法的特点，并通过多点目标自聚焦成像对其进行验证，表明结论可靠。
【关键词】自聚焦算法；多点目标；孔径雷达
0 引言
SAR自聚焦算法的任务是首先要对经过处理后的未补偿的SAR信号进行相位误差估计，然后消除其相位误差。
SAR自聚焦算法就其本质而言是一个二维估计问题，在公式（2）中的相位误差既是空变的又是不可分离的乘性噪声的事实使问题变得极为棘手。
影响成像的几何线性，分辨率、图像对比度和信噪比的主要因素取决于相位误差的性质和大小，基于处理孔径上相位误差形式，表1给出两大类相位误差及其每一类对SAR成像的一般影响。
表1 相位误差的分类
1 几种实用的自聚焦算法的比较
一般来说，自聚焦算法可以划分为两类：基于模式算法和非参数算法。
基于模式的自聚焦算法估计相位误差的模式展开系数。
低阶模自聚焦仅能估计二阶相位误差，而更复杂的方法还可以估计高阶多项式相位误差。
子孔径相关法（MD）和多孔经相关法（MAM）是针对低频相位误差补偿提出的基模自聚焦算法的范例。
基于模式算法虽然执行起来相对简单而且算法高效。
不过只能相位误差被正确估计的情况下才能保证这样的优越性。
第二类自聚焦算法，即非参数自聚焦算法，典型的有相位梯度自聚焦算法，基于最小熵准则和最大对比度准则的自聚焦方法，这些方法都不需要相位误差的先验知识。
特别地，相位梯度自聚焦算法几种改进的算法。
其中特征向量法是在PGA框架下运用了极大似然算子取代了原始的相位差算子核，改进的相位梯度自聚焦算法的策略通过选择一组高质量的目标以提供非迭代的PGA解。
另一种方法是运用加权最小二乘法以实现相位误差最小化的PGA。
适用范围扩大，计算高效。
在一些SAR应用中，相位误差显著依赖位置，空变的自聚焦的常用的方法是将大场景分成更小的子图像，每个子图像的误差近似不变的，因此，传统的空间不变的自聚焦程序可以应用到每个子图像。
当重新聚焦时，个别的子图像拼接或镶嵌在一起产生完整的场景图像聚焦图像。
2 性能评价标准
第一个测试是检查在方位域一维的点目标响应。
聚焦质量质量指标包括3dB
的分辨率，信噪比，峰值旁瓣电平，相位估计的均方误差，熵。
在第二个是二维测试性能评价标准包括图像熵和Fisher信息。
3 点目标仿真实验
模拟沿X轴正方向水平运动的SAR平台速度V=200m/s，高度H=10000m，天线方位向孔径长度D=2m发射chirp信号载波频率fc =2GHz，持续时间Tr=0.5ns，调频带宽Br=30MHz，目标个数Ntarget=3；目标位置矩阵：格式[x 坐标，y坐标，目标散射系数]。
方法上先对点目标成像进行距离压缩，然后在频谱域内乘上不同形式的随机相位噪声，用距离-多普勒算法方位向压缩成像，采用不同的自聚焦方式实现对相位误差的去除，最后根据性能指标比较。
4 结论
基于模型算法如子孔径相关算法和多孔径相关算法在低阶相位误差估计方面计算效率高。
非参数方法如PGA、EV和WLS是估计其他各种相位误差上优于前者。
总之，3dB分辨率和信噪比是评价在低阶相位误差存在的点目标响应的好的聚焦质量指标，而旁瓣峰值标准是最适合高频率的相位噪声估计。
图像熵能很好地衡量图像聚焦。
但相位误差均方值一般能不显示图像质量。
【参考文献】
[1]张澄波.综合孔径雷达原理、系统分析与应用[M].科学出版社，1989.
[2]郭华东，等.雷达对地观测理论与应用[M].北京：科学出版社，2000.
[3]D.A.Ausherman，A.Kozma，J.K.walker，H.M.JonesandE.e.Poggi.nevel pments in Radar Imagimg，IEEE Transaetionson Aeros Paeeand Eleetronie Sys七ems[J].1944，20（4）：363-400.
[4]禹卫东.合成孔径雷达信号处理研究[D].南京航空航天大学，1997，9.。