合成孔径雷达成像

第一部分 合成孔径雷达基础第1章 概论 21.1 合成孔径雷达背景简介 21.2 遥感中的雷达 31.3 SAR基础 31.4 星载合成孔径雷达传感器 71.5 内容概要 91.5.1 星载合成孔径雷达图像示例 10参考文献 11第2章 信号处理基础 142.1 简介 142.2 线性卷积 142.2.1 连续时间卷积 142.2.2 离散时间卷积 162.3 傅里叶变换 182.3.1 连续时间傅里叶变换 182.3.2 离散傅里叶变换 182.3.3 傅里叶变换性质 192.3.4 傅里叶变换示例 222.4 卷积的DFT计算 242.5 信号采样 252.5.1 采样信号的频谱 252.5.2 信号类型 262.5.3 奈奎斯特采样率和混叠 282.6 平滑窗 322.7 插值 332.7.1 sinc插值 342.7.2 插值核的频谱 372.7.3 非基带和复插值 382.8 点目标分析 382.9 小结 422.9.1 金星坑的麦哲伦图像 42参考文献 43第3章 线性调频信号的脉冲压缩 453.1 概述 453.2 线性调频信号 453.2.1 时域表达 453.2.2 线性调频脉冲的频谱 473.2.3 调频信号采样 493.2.4 频率和时间不连续性 513.3 脉冲压缩 523.3.1 脉冲压缩原理 523.3.2 线性调频信号的时域压缩 533.3.3 频域匹配滤波器 573.3.4 窗效应 583.3.5 过采样率重定义 603.4 匹配滤波器的实现 603.4.1 目标定位和匹配滤波器弃置区 633.5 调频率失配 643.5.1 基带信号中的失配影响 643.5.2 非基带信号中的失配影响 663.5.3 滤波器失配和时间带宽积 673.6 小结 673.6.1 ENVISAT/ASAR宽带图像 68参考文献 69附录3A 匹配滤波输出的推导 71附录3B 相位失配误差推导 74第4章 合成孔径的概念 754.1 概述 754.2 SAR几何关系 764.2.1 术语定义 764.2.2 卫星地距几何 794.2.3 卫星轨道几何 814.3 距离等式 824.3.1 距离等式的双曲线模型 834.3.2 速度与角度的关系 844.4 SAR距离向信号 864.4.1 发射脉冲 864.4.2 数据获取 874.5 SAR方位向信号 884.5.1 什么是SAR中的多普勒频率 884.5.2 相干脉冲 894.5.3 PRF的选择 904.5.4 方位向信号强度和多普勒历程 904.5.5 方位向参数 924.6 二维信号 934.6.1 信号存储器中的数据排列 944.6.2 解调后的基带信号 964.6.3 SAR冲激响应 974.6.4 典型雷达参数值 974.7 SAR分辨率与合成孔径 984.7.1 分辨率的带宽推导 984.7.2 合成孔径 1004.8 小结 1014.8.1 温哥华岛的窄幅ScanSAR图像 103参考文献 104附录4A 近似雷达速度的推导 105附录4B 正交解调 107附录4C 合成孔径的概念 111第5章 SAR信号的性质 1155.1 简介 1155.2 低斜视角下的信号频谱 1155.2.1 距离多普勒域频谱 1165.2.2 二维频谱 1175.3 一般情况下的信号频谱 1175.3.1 距离向傅里叶变换 1185.3.2 方位向傅里叶变换 1195.3.3 距离向傅里叶逆变换 1215.4 方位混叠与多普勒中心 1245.4.1 方位混叠和模糊的起因 1245.4.2 多普勒中心 1265.4.3 多普勒模糊 1285.4.4 距离向的多普勒中心变化 1295.5 距离单元徙动 1325.5.1 RCM的分量 1335.5.2 同一距离处的多个目标 1345.5.3 目标轨迹卷绕 1355.6 点目标示例 1365.6.1 仿真参数 1365.7 SAR处理算法初窥 1405.7.1 时域匹配滤波 1405.7.2 机载实时处理图像 1415.7.3 非聚焦SAR 1425.7.4 更好的处理算法 1435.8 小结 144参考文献 145附录5A 距离向/方位向的耦合 147附录5B 方位调频率注释 150第二部分 SAR处理算法第6章 距离多普勒算法 1546.1 简介 1546.2 算法概述 1546.3 低斜视角下的RDA 1566.3.1 雷达原始数据 1566.3.2 距离压缩 1576.3.3 方位向傅里叶变换 1596.3.4 距离徙动校正 1606.3.5 残余RCM导致的展宽 1646.3.6 方位压缩 1666.3.7 低斜视下的RADARSAT-1图像 1696.4 大斜视角情况 1706.4.1 斜视的处理改进 1706.4.2 SRC的实现 1726.4.3 星载和机载中的SRC方式 1746.4.4 SRC仿真试验 1756.4.5 机载L波段雷达图像示例 1796.5 多视处理 1796.5.1 子视时频关系 1806.5.2 子视抽取、检测及求和 1816.5.3 等效视数 1836.5.4 多视处理示例 1836.5.5 调频率误差 1876.5.6 多视处理图像 1886.6 小结 189参考文献 190第7章 Chirp Scaling算法 1927.1 介绍 1927.1.1 Chirp Scaling算法概览 1927.2 Chirp Scaling原理 1947.3 RCMC中的Chirp Scaling 2007.3.1 一致RCMC和补余RCMC 2007.3.2 RCM的精确表达 2027.4 变标方程推导 2037.4.1 补余RCM量级示例 2057.5 CSA处理细节 2067.5.1 距离处理 2067.5.2 方位处理 2097.6 处理示例 2107.6.1 点目标仿真处理 2107.6.2 SRTM/X-SAR数据处理 2137.7 小结 215参考文献 215第8章 wK算法 2198.1 简介 2198.1.1 wKA概述 2198.2 参考函数相乘 2218.3 Stolt插值 2238.3.1 变量代换 2238.4 对Stolt映射的理解 2268.4.1 Stolt映射的组成部分 2268.4.2 基于傅里叶变换性质的理解 2278.4.3 基于支持域的理解 2308.4.4 基于成像几何关系的理解 2318.5 误差分析 2328.6 近似wKA 2338.6.1 近似项 2348.6.2 与RDA和CSA的关系 2358.6.3 近似wKA的误差讨论 2358.7 处理示例 2368.7.1 完整wKA仿真 2368.7.2 近似wKA 2408.7.3 X波段机载聚束雷达图像示例 2418.8 小结 241参考文献 243附录8A 波数域的Stolt映射 245第9章 SPECAN算法 2499.1 简介 2499.1.1 SPECAN算法概述 2499.2 SPECAN算法的推导 2509.2.1 SPECAN的卷积推导 2519.2.2 几何解释 2519.2.3 混叠与FFT长度 2549.2.4 输出采样间隔 2559.2.5 FFT有效输出点数 2569.2.6 后续FFT位置 2589.2.7 FFT输出结果的拼接 2599.3 多视处理 2609.4 处理效率 2629.5 距离徙动校正 2659.5.1 时域线性RCMC 2659.5.2 数据倾斜与校直 2659.6 相位补偿 2669.7 关于图像质量的一些问题 2699.7.1 拼接点处的频率间断 2699.7.2 方位调频率误差 2719.7.3 扇贝辐射效应 2739.8 处理示例 2799.8.1 仿真点目标 2799.8.2 SPECAN算法处理出的ERS图像 2819.9 小结 282参考文献 283第10章 ScanSAR数据处理 28510.1 简介 28510.2 ScanSAR数据获取 28610.3 单一Burst中的目标压缩 28910.4 全孔径处理算法 29110.5 SPECAN算法 29210.6 改进SPECAN算法 29310.6.1 算法概述 29310.6.2 SRTM处理示例 29610.7 SIFFT算法 29710.8 ECS算法 29910.9 Burst图像拼接 30110.10 小结 30310.10.1 RADARSAT-1的ScanSAR图像 304参考文献 304第11章 算法比较 30811.1 简介 30811.2 算法精度回顾 30811.2.1 RDA 30811.2.2 CSA 30811.2.3 wKA 30811.3 处理功能对比 30911.3.1 距离等式形式 31011.3.2 方位匹配滤波器的实现 31011.3.3 RCMC的实现 31011.3.4 SRC实现 31111.4 处理误差概述 31111.4.1 方位匹配滤波器中的QPE 31111.4.2 SRC中的QPE 31211.4.3 残余RCM 31211.4.4 处理误差量级示例 31311.5 计算开销 31511.5.1 基本算法运算 31511.5.2 RDA 31611.5.3 CSA 31711.5.4 wKA 31711.6 算法利弊 31811.6.1 RDA利弊 31811.6.2 CSA利弊 31811.6.3 wKA利弊 31911.7 小结 31911.7.1 墨西拿海峡的ASAR图像 320第三部分 多普勒参数估计第12章 多普勒中心估计 32212.1 简介 32212.1.1 多普勒中心频率 32212.1.2 星载SAR几何 32212.1.3 本章概述 32412.2 多普勒中心精度要求 32612.2.1 基带中心的精度要求 32612.2.2 多普勒模糊的精度要求 33112.3 多普勒中心的几何计算 33112.3.1 多普勒中心计算示例 33412.3.2 偏航角和俯仰角控制 33512.4 基于接收数据的基带中心估计 33512.4.1 基于幅度的估计方法 33612.4.2 基于相位的估计方法 33912.5 基于接收数据的多普勒模糊估计 34312.5.1 基于幅度的DAR估计方法 34312.5.2 基于相位的DAR估计方法 34612.5.3 多波长算法 34812.5.4 多视互相关法 35112.5.5 多视差频法 35512.5.6 PRF变调法 35812.5.7 DAR算法比较 35812.6 全局估计原理 36012.6.1 空间变化检测 36012.6.2 估计器质量检测 36112.7 曲面拟合法 36312.7.1 全局多项式曲面拟合 36312.7.2 基于几何模型的全局拟合 36412.7.3 自动拟合过程 36512.8 小结 367参考文献 367附录12A 多普勒计算详细步骤 370附录12B DAR算法中的偏移频率 376第13章 方位调频率估计 38013.1 简介 38013.2 方位调频率精度要求 38013.3 方位调频率的几何计算模型 38213.4 方位线性调频率的数据估计 38513.4.1 最大对比度法 38513.4.2 视错位法 38613.4.3 基于相位的自聚焦方法 39013.5 小结 39113.5.1 一部小型SAR系统—MiSAR 391参考文献 392附录A RADARSAT数据光盘 393缩略语对照表 395符号表 398参考书目 401索引 415