合成孔径雷达点目标成像仿真
合成孔径雷达的动目标成像与检测
合成孔径雷达的动目标成像与检测摘要动目标的成像与检测是合成孔径雷达（SAR）领域中的研究热点之一，不论是在军事上还是在民用上都有很重要的意义。
目前，世界上很多国家都在积极发展动目标的检测和成像技术，研制先进的动目标检测和成像雷达系统，努力寻找各种高效、实用的动目标检测和成像方法。
本文主要研究了单通道SAR的动目标检测和成像技术，旨在提高动目标的检测概率，获取动目标的运动参数并对其精确成像。
主要工作如下：1、分析了SAR的运动目标回波模型，探讨了目标运动引起的多普勒质心变化，以及这些变化对常规SAR成像结果的影响。
2、对SAR的动目标检测和成像原理做了介绍，分析了步进频信号和线性调频信号的一维距离像，对步进频信号的一维距离像进行了重点分析。
3、对信号进行仿真，对不同参数的一维距离像进行比较，分析仿真结果。
关键词：合成孔径雷达，动目标检测和成像，一维距离像Moving Targets Detection and Imaging of SARAbstractMoving Targets Detection and Imaging (MTDI) is hot in Synthetic Aperture Radar (SAR) research and plays an important role in both martial field and civilian field. Now many countries in the world are making great efforts to develop advanced MTDI systems and explore high efficient MTDI algorithms. The key techniques of MTDI are studied in this dissertation for getting high detection probability, accurate parameters and good images of moving targets.The major work of this dissertation is as follows:1. After analyzing the model of moving targets’ echoes, the change s of Doppler history are discussed in detail, which are due to targets’ moving. It is analyzed that the influence of the changes on the conventional SAR imaging.2. In this paper, the principle of MTDI are introduced. At the same time, we analyze the High Range Resolution Profile of the step frequency signal and the linear frequency modulation signal. The High Range Resolution Profile of the step frequency signal is more important in our paper.3.We will simulation ,then change the parameters of the signal and analyse the difference between them.Key words:Synthetic Aperture Radar, Moving Targets Detection and Imaging, High Range Resolution Profile.目录1 绪论 (1)1.1 合成孔径雷达的动目标检测和成像的意义 (1)1.2 合成孔径雷达研究及动态 (2)1.3本文的主要内容 (5)2 SAR动目标检测和成像原理 (6)2.1 SAR理论模型和成像原理 (6)2.2 运动目标的回波信号分析 (10)2.3目标运动引起的多普勒质心变化及其对常规SAR成像的影响 (12)2.3.1 目标运动引起的多普勒质心变化 (13)2.3.2动目标多普勒质心变化对常规SAR成像的影响 (14)2.4本章小结 (14)3 合成孔径雷达动目标的一维距离像 (15)3.1 频率步进脉冲信号距离成像原理分析 (15)3.2 频率步进雷达发射信号波形及设计准则 (18)3.2.1 频率步进波形 (18)3.2.2 频率步进信号相关参量设计 (19)3.3 一个步进频信号的一维距离像 (24)3.4仿真结果 (27)3.4.1 第一组参数实验数据及结果 (27)3.4.2 第二组参数实验数据及结果 (29)3.4.3 第三组参数实验数据及结果 (31)3.4.4 第四组参数实验数据及结果 (32)3.4.5 第五组参数实验数据及结果 (34)3.4.6 对实验结果的分析 (35)3.4.7 参考程序 (36)3.5 总结 (38)4 结束语 (39)参考文献 (40)致谢 (42)1 绪论1.1 合成孔径雷达的动目标检测和成像的意义检测运动目标是现代雷达要完成的功能之一。
雷达点目标成像（doc）
雷达点目标成像1.实验要求自行设定参数，使用matlab 软件，对合成孔径雷达点目标成像进行仿真。
2.实验原理图一 合成孔径雷达原理图如图一所示，合成孔径雷达的方位向为雷达测绘带内沿雷达运动的方向。
距离向是指测绘带内与航迹垂直的方向。
合成孔径雷达就是通过将回波信号在距离向和方位向上压缩来得到目标图像。
对于点目标成像，就是将一个散射点返回的回波信号重新聚集在一起，由此可以将该点显示出来。
点目标的聚集，就是通过距离向和方位向的分别聚焦完成。
我们仿真的是正侧试的方法。
雷达发射chirp 信号形式为2()exp(2)c S t j kt j f t ππ=+回波信号为2()exp[()2()]c S t j k t j f t πτπτ=-+-在接收机中混频去掉载波后，得到信号2()exp[()2]c S t j k t j f πτπτ=--可得信号的距离向信号形式为2exp[(2/)]j k t r c π-方位向信号形式为exp[4/]c j f r c π-其中()r t =当v t R 时有2()()2vt r t R R ≈+，知回波信号在方位向上也是线性调频信号，其调频率为22v Rλ，λ为载波波长。
对于成像算法，我们采用经典的距离多普勒算法，即SD 算法。
他的基本思想是基本思想是将二位处理分解为两个一维处理的级联方式，即分别压缩距离向和方位向。
由于雷达的飞行线路接近直线，所以方位向和距离向相互有影响，要对数据进行徙动校正。
但是由于机载SAR 飞行范围小，距离弯曲量很小，故可以不用考虑徙动校正。
SD 算法的具体流程图如图二所示。
图二 SD 算法的具体流程图4.实验过程参数设置：飞机飞行高度：10000m下视角：45度飞机的飞行速度：100m/s合成孔径时间：1sPRF ：500HzK ：113010⨯Hz/s脉冲宽度:10us载波频率: 10510Hz ⨯回波点阵大小：501X501对数据进行距离向压缩，得到图一。
(完整版)SAR合成孔径雷达图像点目标仿真报告(附matlab代码)
SAR图像点目标仿真报告徐一凡1 SAR原理简介合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar .简称SAR)是一种高分辨率成像雷达技术。
它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率.利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率.从而获得大面积高分辨率雷达图像。
SAR回波信号经距离向脉冲压缩后.雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定：2rrCBρ=.式中rρ表示雷达的距离分辨率.rB表示雷达发射信号带宽.C表示光速。
同样.SAR回波信号经方位向合成孔径后.雷达的方位分辨率由雷达方位向的多谱勒带宽决定：aaavBρ=.式中aρ表示雷达的方位分辨率.aB表示雷达方位向多谱勒带宽.av表示方位向SAR平台速度。
在小斜视角的情况下.方位分辨率近似表示为2aDρ=.其中D为方位向合成孔径的长度。
2 SAR的几何关系雷达位置和波束在地面覆盖区域的简单几何模型如图1所示。
此次仿真考虑的是正侧视的条带式仿真.也就是说倾斜角为零.SAR波束中心和SAR平台运动方向垂直的情况。
图1 雷达数据获取的几何关系建立坐标系XYZ如图2所示.其中XOY平面为地平面；SAR平台距地平面高H.以速度V 沿X轴正向匀速飞行；P点为SAR平台的位置矢量.设其坐标为(x,y,z)； T点为目标的位置矢量.设其坐标为(,,)T T Tx y z；由几何关系.目标与SAR平台的斜距为：222()()()T T TR PT x x y y z z==-+-+-(1)由图可知：0,,0T yz H z ===；令x v s =⋅.其中v 为平台速度.s 为慢时间变量（slow time ）.假设T x vs =.其中s 表示SAR 平台的x 坐标为T x 的时刻；再令22T r H y =+.r 表示目标与SAR 的垂直斜距.重写(1)式为：2220(;)()PT R s r r v s s = =+⋅- (2)(;)R s r 就表示任意时刻s 时.目标与雷达的斜距。
合成孔径雷达点目标成像仿真
合成孔径雷达点目标成像仿真简介合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）是一种使用微波信号进行成像的遥感技术。
合成孔径雷达能够在任何天气条件下进行有效的地表观测，对于高分辨率的地表特征提供了重要的数据支持。
点目标成像仿真是合成孔径雷达领域中的重要研究内容，它能够模拟传统目标成像算法在合成孔径雷达成像过程中的性能和效果。
本文将介绍合成孔径雷达点目标成像仿真的基本原理和步骤，并给出具体的操作方法和代码实现。
基本原理合成孔径雷达使用雷达回波信号构建目标的高分辨率图像。
点目标成像仿真是通过对目标的散射特性进行建模，生成合成的雷达回波信号，然后对这些信号进行处理和成像，最终得到近似于真实雷达图像的仿真结果。
合成孔径雷达点目标成像仿真主要需要考虑以下几个方面：1.目标模型：选择合适的目标模型，并通过散射矩阵描述目标的散射特性。
2.雷达参数：设置合成孔径雷达的工作模式，包括工作频率、极化方式、天线模式等参数。
3.干扰模型：考虑地表的背景干扰信号，以及雷达系统本身的噪声和杂散信号。
4.信号处理：对合成的雷达回波信号进行振幅补偿、时频处理等操作，提高图像质量。
5.成像算法：选择合适的成像算法对处理后的信号进行成像和重建。
步骤合成孔径雷达点目标成像仿真的主要步骤如下：1.确定目标：选择仿真的目标，并确定目标的几何形状、尺寸和材料。
2.散射建模：基于目标的几何特性和散射特性，建立目标的散射矩阵描述。
3.雷达参数设置：设置合成孔径雷达的工作参数，包括工作频率、极化方式、发射功率等。
4.仿真信号生成：基于目标的散射特性和雷达参数，生成虚拟的雷达回波信号。
5.信号处理：对生成的雷达回波信号进行振幅补偿、时频处理等操作，提高成像质量。
6.成像算法：选择合适的成像算法对处理后的信号进行成像和重建。
7.仿真结果评估：根据仿真结果，对算法和参数进行评估和优化。
操作方法以下是使用Python语言进行合成孔径雷达点目标成像仿真的操作方法和代码示例。
合成孔径雷达成像
合成孔径雷达第一次作业姓名：xxx 学号：xxx一题目：1.LFM信号分析：（1）仿真LFM信号；（2）观察不同TBP的LFM信号的频谱。
（3）观察不同过采样率下的DFT结果，注意频谱混叠情况。
2.脉冲压缩仿真：针对“基带LFM信号”:（1）实现无误差的脉冲压缩；（2）通过频域补0实现时域十倍以上的过采样率，得到光滑的时域波形，通过观察给出指标（IRW,PSLR）；（3）阅读资料，按照公式实现3阶（-20dB）,6阶（-40 dB）泰勒加权，观察加窗效果，分析指标（IRW,PSLR），并对比MATLAB TAYLORWIN函数的一致性；（4）在3阶泰勒加权下实现15.30.45.60.90.135度QPE下的脉冲压缩，显示输出波形，观察记录QPE的影响。
3.一维距离向仿真:（1）输入参数：目标参数：RCS=1，分别位于10km,11km,11km+3m,11km+50m处。
LFM信号参数：中心频率1.0GHz,脉冲宽度30us,带宽30MHz。
（2）输出：设计采样波门，仿真回波，完成脉冲压缩，检测各峰值位置，判断每个目标是否得以分辨，分析各出现在相应位置及幅度的原因。
二题目分析与解答：1.问题分析：由基础知识知，决定LFM信号的主要参数有中心频率fc(此处仿真取fc=0)，带宽B，脉冲宽度Tp, 调频斜率K，其中K=B/Tp。
对LFM信号进行傅里叶变换时，不同的时宽带宽积（TBP）会对频谱有不同的影响。
主要程序段(源程序见附件)：%参数设置Tp=5e-6; B=10e6; K=B/Tp；Fs=2*B; Ts=1/Fs;N=Tp/Ts;TBP=Tp*B%波形产生t=linspace(-Tp/2,Tp/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2); Phase=pi*K*t.^2;Fre=2*pi*K*t;f=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);figure(2)plot(f*1e-6,fftshift(abs(fft(St))),'k'); xlabel('Frequency/MHz');ylabel('Magnitude');title('Frequence Response'); legend('TBP=50')fft_St=fftshift(abs(fft(St)));（1）不同脉宽和带宽下的LFM 信号：（2）不同TBP 下的信号频谱：分析：LFM 信号的频谱类似矩形窗，随着TBP 的增大，其越接近矩形窗，当TBP<100时，近似效果较差，当TBP>100时，近似效果较好，但随着TBP 的增大，频域上会产生吉布斯现象。
【雷达通信】合成孔径雷达（SAR）的点目标仿真matlab源码
【雷达通信】合成孔径雷达（SAR）的点目标仿真matlab源码•*SAR原理简介*用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理。
一个小天线通过“运动”方式就合成一个等效“大天线”，这样可以得到较高的方位向分辨率，同时方位向分辨率与距离无关，这样SAR就可以安装在卫星平台上而可以获取较高分辨率的SAR图像。
图1 SAR成像原理示意图1、几个参重要参数为了更好的理解SAR和SAR图像，需要知道几个重要的参数。
•分辨率SAR图像分辨率包括距离向分辨率(Range Resolution)和方位向分辨率(Azimuth Resolution)。
图2 距离向和方位向示意图•距离向分辨率(Range Resolution)垂直飞行方向上的分辨率，也就是侧视方向上的分辨率。
距离向分辨率与雷达系统发射的脉冲信号相关，与脉冲持续时间成正比：Res( r) = c*τ/2其中c为光速，τ为脉冲持续时间。
•方位向分辨率(Azimuth Resolution)沿飞行方向上的分辨率，也称沿迹分辨率。
如下为推算过程：·真实波束宽度：β= λ/ D·真实分辨率：ΔL = β*R = Ls (合成孔径长度)·合成波束宽度βs = λ /(2* Ls) = D / (2* R)·合成分辨率ΔLs = βs* R = D / 2其中λ为波长，D为雷达孔径，R为天线与物体的距离。
从这个公式中可以看到，SAR系统使用小尺寸的天线也能得到高方位向分辨率，而且与斜距离无关(就是与遥感平台高度无关)。
图3 方位向分辨率示意图•极化方式雷达发射的能量脉冲的电场矢量，可以在垂直或水平面内被偏振。
无论哪个波长，雷达信号可以传送水平(H)或者垂直(V)电场矢量。
接收水平(H)或者垂直(V)或者两者的返回信号。
雷达遥感系统常用四种极化方式———HH、VV、HV、VH。
基于传感信息的合成孔径雷达图像仿真系统
ｓ ｏ ｏ ｃ ｍｍｏ ．Ｔ ｅ ｅｏ ｅ ａ ｔ ｆ ｌ ｎ ｉ ｎ ｎ ｄ ｌ ｉ ｈ ｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｅ ｓ ｒ ｎ ｏｍａｉｎ ｄ ｔ ｎ ｅ ａｒ ｏｎ ＡＲ ｎ ｈ ｒ ｆｒ ．ｂ ｔ ｅ ｉ ｄ ｅ ｖｒ ｍｅ ｔ ｌ ｅ ｏ ｍｏ ｅ ｃ ａ ｅ ｎ ｓ ｎ ｏ ｆｒ ｔ ａａ ａ ｄ ｔ ｉｂ ｒ ｅ Ｓ ｗｈ Ｓ ｉ ｏ ｈ
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题。
关 键 词 ： 成 孔 径 雷 达 ； 位 分 辨率 ； 离 分 辨 率 ； 化 方 式 ； 景建 模 ； 达模 块 合 方 距 极 场 雷
中 图分 类 号 ：Ｐ ９ Ｔ ３３ 文 献 标 识 码 ： Ａ
合成孔径雷达点目标仿真MATLAB程序
合成孔径雷达点目标仿真MATLAB程序合成孔径雷达成像系统点目标仿真源程序：clccloseallc=3e8;%光速fc=1e9;%载波频率lambda=c/fc;%波长%成像区域xmin=0;xmax=50;yc=10000;y0=500;%sar基本参数v=100;%雷达平台速度h=0;%雷达平台高度r0=sqrt(yc^2+h^2);d=4;%天线孔径长度lsar=lambda*r0/d;%合成孔径长度tsar=lsar/v;%合成孔径时间ka=-2*v^2/lambda/r0;%线性调频率ba=abs(ka*tsar);prf=2*ba;%脉冲重复频率prt=1/prf;ds=prt;%脉冲重复周期nslow=ceil((xmax-xmin+lsar)/v/ds);%脉冲数nslow=2^nextpow2(nslow);%定量为2的指数sn=linspace((xmin-lsar/2)/v,(xmax+lsar/2)/v,nslow);%创建时间向量prt=(xmax-xmin+lsar)/v/nslow;%更新prf=1/prt;%更新脉冲重复频率fa=linspace(-0.5*prf,0.5*prf,nslow);tr=5e-6;%脉冲宽度br=30e6;%调频信号频宽kr=br/tr;%阳入频率fsr=2*br;%快时间域取样频率dt=1/fsr;%快时间域取样间隔rmin=sqrt((yc-y0)^2+h^2);rmax=sqrt((yc+y0)^2+h^2+(lsar/2)^2);nfast=ceil(2*(rmax-rmin)/c/dt+tr/dt);nfast=2^nextpow2(nfast);tm=linspace(2*rmin/c,2*rmax/c+tr,nfast);dt=(2*rmax/c+tr-2*rmin/c)/nfast;%更新fsr=1/dt;fr=linspace(-0.5*fsr,0.5*fsr,nfast);dy=c/2/br;%距离分辨率dx=d/2;%方位分辨率ntarget=3;%目标数目ptarget=[xmin,yc,1%目标边线xmin,yc+10*dy,1xmin+20*dx,yc+50*dy,1];k=ntarget;%目标数目n=nslow;%快时间取样数m=nfast;%慢时间取样数t=ptarget;%目标边线%合成孔径回波仿真srnm=zeros(n,m);fork=1:1:ksigma=t(k,3);dslow=sn*v-t(k,1);r=sqrt(dslow.^2+t(k,2)^2+h^2);tau=2*r/c;dfast=ones(n,1)*tm-tau'*ones(1,m);phase=pi*kr*dfast.^2-(4*pi/lambda)*(r'*ones(1,m));srnm=srnm+sigma*exp(j*phase).*(0end%距离放大tr=tm-2*rmin/c;refr=exp(j*pi*kr*tr.^2).*(0temp1=fft(srnm(k2,:));fsrnm=temp1.*conj(f_refr);sr(k2,:)=ifft(fsrnm);end%方位放大ta=sn-(xmin+xmax)/2/v;refa=exp(j*pi*ka*ta.^2).*(abs(ta)temp2=fft(sr(:,k3));f_sa=temp2.*conj(f_refa.' );sa(:,k3)=fftshift(ifft(f_sa));endrow=tm*c/2;col=sn*v;%绘图%脉冲雷达数据figure(1)subplot(211)imagesc(abs(srnm));title('sardata')subplot(212)imagesc(an gle(srnm))%灰度图figure(2)colormap(gray)imagesc(row,col,255-abs(sr));title('距离放大'),xlabel('距离向'),ylabel('方位向');figure(3)colormap(gray)imagesc(row,col,255-abs(sa));title('方位放大'),xlabel('距离向'),ylabel('方位向');%轮廓图figure(4)ga=abs(sa);a=max(max(ga));contour(row,col,ga,[0.707*a,a],'b');gridonx 1=sqrt(h^2+min(abs(ptarget(:,2))).^2)-5*dy;x2=sqrt(h^2+max(abs(ptarget(:,2))).^2)+5*dy;y1=min(ptarget(:,1))-5*dx;y2=max(ptarget(:,1))+5*dx;axis([x1,x2,y1,y2])%三维光学图figure(5)mesh(ga((400:600),(200:500)));axistightxlabel('range'),ylabel('azimut h');仿真结果图：图4.1点目标完整脉冲数据图4.2距离放大后光学图图4.3方位放大后光学图（图形目标光学灰度图）图4.4图形目标光学轮廓图。
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合成孔径雷达点目标成像仿真
a) 一个点目标的机载SAR正侧视回波仿真
i. 距离徙动不超过1个单元
b) 简单二维脉压成像
原始数据仿真方法：
1. 设计分辨率，飞行参数，雷达参数
（1）分辨率越低、作用距离越小、波长越小，则距离徙动越小。
（2）不用考虑天线方向图加权，按照矩形天线方向图计算。
（3）天线波束宽度按照多普勒带宽反算，多普勒带宽按照分辨率反算即可。
（4）prf和fs按照带宽1.2倍。
（5）确定距离向最近采样斜距和采样点数。
仿真实例
雷达载频：5.3GHz
雷达速度：150m/s
发射信号带宽：150MHz
方位天线尺寸：2m
参考点斜距：20km
距离过采样率：1.8
方位过采样率2.3
距离徙动最大1.6m，2.8个距离单元
正侧视SAR在二维时域的距离徙动可以表示为：
R(η)=√R02+V r2η2
其中η表示方位向慢时间，V r表示SAR在方位向上的速度，R0表示目标的最短斜距，对上式进行Taylor展开，并忽略高次项，可以得到：
R(η)≈R0+V r2
2R0
η2
由上式可以看出，距离徙动与R0，V r有关，按照实验要求给出的数据，得到的回波如下左图图所示，对其边缘局部放大，可以得到如下右图。
显然，此时距离徙动已经超过一个距离单元。
为了达到距离徙动不超过一个距离单元的目的，现对数据进行修改：令最短斜距R0=10km，带宽B= 100MHz。
然后重新生成回波，如下图所示：
由上图可以看出，调整参数后，距离徙动在一个距离单元内。
任意截取方位向和距离向的一个信号，如下图所示：
可以看出，方位向和距离向都是线性调频信号。
然后在距离向进行脉冲压缩，可到下左图，然后再任意截取方位向和距离向的一个信号，如下右图，显然，此时距离向是一个压缩后的脉冲，而方位向仍是线性调频信号。
然后再进行方位向压缩，压缩后即可可到点目标的图像，如下图所示：
显然，经过方位向脉冲压缩后，得到一个点目标。