基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的高性能SAR成像算法
發(fā)布時(shí)間：2021-09-15 20:42
傳統(tǒng)距離多普勒算法（RD）較低精度的SAR成像質(zhì)量越來(lái)越不能滿足當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用的需要。為解決傳統(tǒng)距離多普勒算法成像性能低的問題,本文提出基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的高性能SAR成像算法（FrFT-RD）。本文詳細(xì)推導(dǎo)SAR距離向信號(hào)運(yùn)用分?jǐn)?shù)階Fourier變換時(shí)最佳階數(shù)的計(jì)算表達(dá)式,同時(shí)給出方位向相應(yīng)的計(jì)算式。理論分析表明距離（方位）向最佳階數(shù)均取決于SAR成像參數(shù)并具有唯一性,無(wú)須迭代運(yùn)算,可極大提高FrFT-RD算法的工程實(shí)用性。根據(jù)計(jì)算得到的距離向和方位向上最優(yōu)階數(shù),在分?jǐn)?shù)階Fourier變換域完成FrFT-RD算法的構(gòu)建。機(jī)載SAR模擬數(shù)據(jù)和星載SAR實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)測(cè)試表明,FrFTRD算法在分辨率、峰值旁瓣比（PSLR）成像性能方面比傳統(tǒng)RD算法均得到顯著提高,其中距離向和方位向分辨率提高比值分別為45.92%和48.06%;距離向PSLR和ISLR降低幅度為1.45 dB和2.59 dB,而FrFT-RD算法在方位向PSLR和ISLR成像性能方面與傳統(tǒng)RD算法相當(dāng)。
【文章來(lái)源】：地球信息科學(xué)學(xué)報(bào). 2020,22(11)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
SAR成像空間幾何關(guān)系
圖2給出了本文所提出的高性能SAR成像算法（Fr FT-RD）構(gòu)建流程，實(shí)際應(yīng)用中Fr FT-RD算法可以根據(jù)該圖得到快速執(zhí)行。首先，利用已知的SAR成像參數(shù)，根據(jù)式（13）和式（15）計(jì)算出距離向和方位向上的最優(yōu)階數(shù)。其次，利用Fr FT對(duì)SAR原始回波距離向信號(hào)、距離壓縮參考函數(shù)均作階數(shù)為1-μopt的變換[28]，進(jìn)而完成距離向脈沖壓縮和距離徙動(dòng)校正，然后對(duì)距離向信號(hào)作階數(shù)為1的分?jǐn)?shù)階Fourier逆變換，完成距離向信號(hào)重構(gòu)。對(duì)完成距離向信號(hào)處理的SAR回波方位向信號(hào)、方位壓縮參考函數(shù)均作階數(shù)為1-vopt的分?jǐn)?shù)階Fourier變換[29]，完成方位向脈沖壓縮，最后對(duì)方位向信號(hào)作階數(shù)為1的分?jǐn)?shù)階Fourier逆變換，完成方位向信號(hào)重構(gòu)。實(shí)際運(yùn)算處理過程中，可以利用FFT有效計(jì)算出距離上和方位上的Fr FT和IFr FT。因而從理論上來(lái)講，2種算法（Fr FT-RD和RD）具有相同的計(jì)算量。然而，F(xiàn)r FT-RD算法的實(shí)際成像運(yùn)算速度比傳統(tǒng)的RD算法稍慢一些。3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
本文算法的高性能成像在圖3和圖4中也得到明顯體現(xiàn)。通過圖3所示的插值后點(diǎn)目標(biāo)成像輪廓圖，經(jīng)本文算法成像的點(diǎn)目標(biāo)主瓣能量高度聚焦性能更優(yōu)，距離向旁瓣和方位向旁瓣能量明顯減弱。圖4所示的點(diǎn)目標(biāo)成像剖面圖表明，經(jīng)本文算法成像的點(diǎn)目標(biāo)其距離向和方位向波形主瓣寬度均明顯變窄，旁瓣電平也相應(yīng)降低，因而其成像的清晰度得到顯著提高。圖4 插值后點(diǎn)目標(biāo)成像剖面
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于無(wú)人飛行平臺(tái)的小型Ka波段合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)研制[J]. 張琦,張雷,郭俊棟,胡建民. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
[2]基于面向?qū)ο蠓椒ǖ腟entinel-1A SAR在洪水監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 湯玲英,劉雯,楊東,陳樂,蘇揚(yáng)媚,徐憲立. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[3]基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的彈載SAR成像算法[J]. 陳勇,趙惠昌,陳思,張淑寧. 物理學(xué)報(bào). 2014(11)
[4]分?jǐn)?shù)階Fourier變換離散化的研究進(jìn)展[J]. 陶然,張峰,王越. 中國(guó)科學(xué)（E輯:信息科學(xué)）. 2008(04)
[5]分?jǐn)?shù)階傅里葉變換數(shù)值計(jì)算中的量綱歸一化[J]. 趙興浩,鄧兵,陶然. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2005(04)
本文編號(hào)：3396776
【文章來(lái)源】：地球信息科學(xué)學(xué)報(bào). 2020,22(11)北大核心CSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
SAR成像空間幾何關(guān)系
圖2給出了本文所提出的高性能SAR成像算法（Fr FT-RD）構(gòu)建流程，實(shí)際應(yīng)用中Fr FT-RD算法可以根據(jù)該圖得到快速執(zhí)行。首先，利用已知的SAR成像參數(shù)，根據(jù)式（13）和式（15）計(jì)算出距離向和方位向上的最優(yōu)階數(shù)。其次，利用Fr FT對(duì)SAR原始回波距離向信號(hào)、距離壓縮參考函數(shù)均作階數(shù)為1-μopt的變換[28]，進(jìn)而完成距離向脈沖壓縮和距離徙動(dòng)校正，然后對(duì)距離向信號(hào)作階數(shù)為1的分?jǐn)?shù)階Fourier逆變換，完成距離向信號(hào)重構(gòu)。對(duì)完成距離向信號(hào)處理的SAR回波方位向信號(hào)、方位壓縮參考函數(shù)均作階數(shù)為1-vopt的分?jǐn)?shù)階Fourier變換[29]，完成方位向脈沖壓縮，最后對(duì)方位向信號(hào)作階數(shù)為1的分?jǐn)?shù)階Fourier逆變換，完成方位向信號(hào)重構(gòu)。實(shí)際運(yùn)算處理過程中，可以利用FFT有效計(jì)算出距離上和方位上的Fr FT和IFr FT。因而從理論上來(lái)講，2種算法（Fr FT-RD和RD）具有相同的計(jì)算量。然而，F(xiàn)r FT-RD算法的實(shí)際成像運(yùn)算速度比傳統(tǒng)的RD算法稍慢一些。3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
本文算法的高性能成像在圖3和圖4中也得到明顯體現(xiàn)。通過圖3所示的插值后點(diǎn)目標(biāo)成像輪廓圖，經(jīng)本文算法成像的點(diǎn)目標(biāo)主瓣能量高度聚焦性能更優(yōu)，距離向旁瓣和方位向旁瓣能量明顯減弱。圖4所示的點(diǎn)目標(biāo)成像剖面圖表明，經(jīng)本文算法成像的點(diǎn)目標(biāo)其距離向和方位向波形主瓣寬度均明顯變窄，旁瓣電平也相應(yīng)降低，因而其成像的清晰度得到顯著提高。圖4 插值后點(diǎn)目標(biāo)成像剖面
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于無(wú)人飛行平臺(tái)的小型Ka波段合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)研制[J]. 張琦,張雷,郭俊棟,胡建民. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
[2]基于面向?qū)ο蠓椒ǖ腟entinel-1A SAR在洪水監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 湯玲英,劉雯,楊東,陳樂,蘇揚(yáng)媚,徐憲立. 地球信息科學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[3]基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的彈載SAR成像算法[J]. 陳勇,趙惠昌,陳思,張淑寧. 物理學(xué)報(bào). 2014(11)
[4]分?jǐn)?shù)階Fourier變換離散化的研究進(jìn)展[J]. 陶然,張峰,王越. 中國(guó)科學(xué)（E輯:信息科學(xué)）. 2008(04)
[5]分?jǐn)?shù)階傅里葉變換數(shù)值計(jì)算中的量綱歸一化[J]. 趙興浩,鄧兵,陶然. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2005(04)
本文編號(hào)：3396776
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