FMCW-SAR距离徙动算法研究

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SAR距离_多普勒成像算法中的距离徙动及校正

在雷达成像技术中应用最广泛的是合成孔径雷达sar它利用雷达和被测目标之间的相对运动来形成较大的合成孔径提高方位分辨力通过发射宽带信号来提高距离分辨力在sar成像中距离徙动包括由雷达和目标相对运动产生的距离弯曲和雷达斜视产生的距离走动在正侧视时距离徙动主要指距离弯曲
2007 年 12 月第 44 卷第 6 期
=
Δ n′≥0 . 5 Δ n′< 0 . 5
( 10)
第6期
3. 2 Newton 插值
代海军等 : SAR 距离2多普勒成像算法中的距离徙动及校正
1265
设一函数 f ( x ) , x 0 , x 1 , x 2 , …为定义域内一系列等间距的点 , 间距为 h. 定义 : 一阶向前差分 :
1 引言
雷达成像技术是现代探测技术研究的主要方向 . 雷达主动向目标发射电磁波 , 利用接收来自目标反射回来的信号成像 , 具有全天时、全天候和远距离成像的特点 . 在雷达成像技术中应用最广泛的是合成孔径雷达 ( SAR) . 它利用雷达和被测目标之
收稿日期 : 基金项目 : 作者简介 : 通讯作者 :
Abstract : In SAR Range2Doppler Imaging algorit hm , range migration result s in t he coupling between range and azimut h , and affect s on imaging quality. Typical interpolation algorit hms such as nearest neighbor inter2 polation , Newton interpolation , and sinc interpolation have been proposed for range migration correction. However , t he smoot hness and convergence of t hese met hods are not satisfactory. Because cubic spline f unction can be a piecewise , and it s second order derivative is continuous , it is smoot h and convergent . In t his paper , t herefore , a new interpolation met hod using cubic spline f unction is presented for range migration correction. Using t he met hod we presented , SAR imaging simulation of point target has been done and t he experiment result s are satisfactory. Key words : SAR range2doppler imaging , range migration correction , nearest neighbor interpolation , newton interpolation , sinc interpolation , cubic spline interpolation

改进的FMCWSAR距离-多普勒成像算法

ｗｈｌｒｃｓｆＲＤＡＳｅｐａｎｄｉｅａｌｏｅｐｏｅｓｏｉｘｌｉｅｎｄｔｉｓ．ＴｅｉｆｕｎｅｏｈｅｆｒｍｐａｄＲＶＰｉｎ－ｈｎｅｃｆｔｅｔｒｏａｎｌｍｓａａ
ｌｚｄｉｕｎｉｖｅｎｑａｔｙ．Ｉｄｉｏｔｎａｄｔｎ，ｍｏｉｃｔｏｆｆｔｒｆｎｔｏｎａｉｔｓｉｔｏｕｅｉｄｆａｉｎｏｌｅｕｃｉｎｉｚｍｕｈｉｎｒｄｃｄ．Ａｔｔｅｅｄ，ｉｉｈｎｓｍｕａｉｎｖｒｅｈｎｌｓｓａｄｖｉｉｆｔｅｐｏｏｅｌｏｉｍ．ｉｌｔｅｆｓｔｅａａｙｉｎａｄｔｏｈｒｐｓｄａｇｒｔｏｉｉｌｙｈＫｅｗｏｄｙｒｓ：ＦＭＣＷ；ＳＡＲ；ｍｏｉｅｄｆｄＲＤＡｉ
系及差频信号如图１所示。回波信号与发射信号混频后，到去调频后得
的差频信号：
总第１０期３
孙寒冰，：等改进的ＦＷＡＭＣＳＲ距离一多普勒成像算法
２７
ｓ＇一芝ｅ等）ｒ）（ ‘ ）ｒｃｔ
２１第１００年期
２１Ｎｏ．００．１
电
子
对
抗
总第１０期３
Ｓｒｅ．３ｅｉｓＮｏＩＯ
ＥＬＣＯＮＣＷ＿ＲＦＡＥＴＲＩＡＲＥ
改进的ＦＷＡＭＣＳＲ距周强
（海军航空工程学院电子信息工程系，台２４０）烟６０１

弹载fmcwsarrd成像算法研究

万方数据　万方数据李青山等：弹载ＦＭＣＷＳＡＲＲＤ成像算法研究总第１８１期圈Ｉ磷警Ｉ距离向ＦＦＴＩ．击方位向ＦＦＴＦＭＣＷＳＡＲ图像图２ＦＭＣＷＳＡＲＲＤ成像算法对式（８）匹配滤波后得：Ｓ暖（ｆｒ，ｆ４、）一Ｉｓｉｎｅ（ＡｌＡ２）ｅｘｐ（一歹２以￡ｏ）（１０）对式（１０）在方位向进行傅氏逆变换，从而完成信号处理，得到ＳＡＲ图像，其处理过程，如图２所示。

５仿真分析仿真中所用参数，如表１所示。

巡航导弹的最大速度一般为０．９马赫，巡航速度一般只有０．７马赫。

本文以“战斧”巡航导弹为背景，“战斧”的飞行速度为０．５～０．７５马赫，本文选取的导弹速度为２４５ｍ／ｓ。

由于巡航导弹的巡航高度一般不大于１５０ｍＬ８ｌ，在此处选取的高度为１１２．５ｍ。

ＦＭＣＷＳＡＲ波束中心与地面夹角为５０。

表１ＦＭＣＷＳＡＲ仿真参数载波频率１０ＧＨｚ信号调制带宽２００ＭＨｚ调频周期ｌｍｓ条带中心斜距１７５ｍ调制波形锯齿波巡航导弹速度２４５ｍ／ｓ导弹高度１１２．５ｍ条带宽度１００．４６ｍ距离分辨率０．７５ｍ方位分辨率０．３ｍ在场景中设置了５个点目标，位置参数如表２所示。

表２点目标位置Ｉｎ目标１２３４５距离坐标１５９１９１１７６１９１１５９方位坐标１０１０一１５００图３ＦＭＣＷＳＡＲ成像结果利用上述仿真参数，通过如图２所示流程，完成大斜视ＦＭＣＷＳＡＲ成像，成像结果如图３所示。

由图３可见，对五个点目标成像，为了便于观察各个点目标的位置，图４给出二维表示结果，由图４可见，五个点目标所成图像的位置与表２所给相同。

昌褪蛰方位（ｍ）图４成像结果的二维表示６结语由于巡航导弹在战争中所取得的显赫战绩，众多国家争相研制和拥有这种武器。

可以预见：在不远的将来，巡航导弹的扩散不可避免。

提高巡航导弹打击效果的最有效手段是提高巡航导弹的制导精度。

本文以“战斧”巡航导弹为背景，分析了弹载ＦＭＣＷＳＡＲ信号模型，推导了ＦＭＣＷｓＡＲ的信号处理过程，给出了ＲＤ算法仿真结果。

fmcw距离和频率计算

fmcw距离和频率计算FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）是一种常用于测距的无线通信技术。

它通过频率的变化来计算距离，是一种非常有效和精确的测距方法。

在FMCW技术中，发送端发射的信号是连续变化的频率信号，通常称为扫频信号。

这个扫频信号可以是线性变化的频率，也可以是其他形式的变化。

接收端接收到扫频信号经过目标物体反射后的信号，并进行信号处理，最终计算出目标物体与发送端的距离。

FMCW技术的原理是基于多普勒效应和频率差测量原理。

根据多普勒效应，当一个物体相对于观察者运动时，它发射或接收到的信号的频率会发生变化。

利用这个原理，FMCW技术可以通过测量接收到的信号与发送信号之间的频率差来计算目标物体的运动速度。

在FMCW技术中，距离的计算是基于频率差的测量。

当扫频信号与目标物体反射回来的信号叠加在一起时，它们之间的频率差会反映出目标物体与发送端的距离。

通过测量这个频率差，可以计算出目标物体的距离。

为了实现精确的距离测量，FMCW系统需要准确地控制扫频信号的频率变化速度和范围。

通常情况下，频率变化的速度越快，测距的精度就越高。

而频率变化的范围越大，可以测量的距离就越远。

FMCW技术还可以通过测量扫频信号的相位差来实现更精确的测距。

通过测量相位差，可以计算出目标物体与发送端的距离和相对速度。

FMCW技术在许多领域都有广泛的应用。

例如，它可以用于雷达系统中的目标探测和跟踪，可以用于测量无人机或飞机的高度和速度，还可以用于汽车中的自动驾驶和避障系统。

总结一下，FMCW技术是一种基于频率变化的测距方法，通过测量扫频信号与目标物体反射回来的信号之间的频率差来计算距离。

它利用多普勒效应和频率差测量原理，可以实现精确和可靠的距离测量。

FMCW技术在许多领域都有广泛的应用，是一种非常重要和有用的技术。

FMCWSAR距离徙动成像算法研究

ｓｍｕａｉｎｉｌｔｏ．
Ｋｅｙｗｏｒｓ：ｓｎｈｔｃａｅｕｅｒｄｒｒｑｅｃｄｕａｅｏｔｏｓｗａｅ；ｒｎｅｍｉｒｔｏｌｏｔｍ；ｄｙｔｅｉｐｒｒａａ；ｆｅｕｎｙｍｏｌｔｄｃｎｉｕｖｔｎｕａｇｇａｉｎａｇｒｈｉ
ｉｇｎｍａｉｇ
人们对ＦＷＡＭＣＳＲ
０引言
调频连续波（ＭＣ，ｆｑｅｃｏｕａｄｃｎＦＷｒｕｎｙｍｄｌｅｏ — ｅｔ
越来越关注，ＦＷＡ对ＭＣＳＲ成像算法的研究也就显
ａｏｔｍ（ＭｌｒｈＲＡ）ｃｎａｃｍｌｈａｃｒｅｆｕｉｇｗｔｏｔｅｍｔｃｄｓｒｏｎｔｅｗｏｅａｅ．Ａ — ｇｉａｃｏｐｉｃｕａｏｓｉｕｇｏｅｒｉｏｉｎｉｈｈｌｒａｉｓｔｃｎｈｉｔｔ
ｍｉｇａｈｅｃｒｃｅｉｔｃｆＦＭＣＷＡＲ，ｔｉｎｌｍｏｅｓａｌｚｄｉｔｉａｄｒｎｅｍｉｒｔｎａ— ｎｔｔｈａａｔｒｓｉｓｏＳｈｅｓｇａｄｌｉｎａｙｅｎｄｅａｌｎａｇｇａｉｌｏｇｒｔｍｃｓｆｔｆｒＦＭＣＷＡＲｓｒｓａｃｅ．ＦｉａｌｏｉｈｗｈｉｈｉｏｉＳｉｅｅｒｈｄｎｌｙ，ｔｅｆａｉｉｉｆｔｅａｇｒｔｍｓｔｓｅｙｈｅｓｂｌｔｏｈｌｏｈｉｅｔｄｂｙｉ
Ｓｈｎｎｎａ４０ａｄｏｇＹａｔｉ２６０１，Ｃｈｉｎａ；

聚束式FMCW—SAR的波数域成像算法研究

ｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｍｏｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｒｆｔｈｅｓｐｏｔｌｉｇｈｔｍｏｄｅＦＭＣＷ —
第３０卷第１Ｏ期
文章编号：１００６— ９３４８（２０１３）１０—００１０— ０４
计
算
机

仿
真
２０１３年１０月
聚束式ＦＭＣＷ —ＳＡＲ的波数域成像算法研究
王霖郁，杜传红
（哈尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要：研究雷达波成像优化问题，聚束工作模式（Ｓｐｏｔｌｉｇｈｔ）是调频连续波（ＦＭＣＷ）ＳＡＲ实现高分辨力成像的一种重要手段。为精确成像，波数域算法经常被用在脉冲ＳＡＲ的聚束工作模式下。ＦＭＣＷ—ＳＡＲ由于受扫频周期内平台连续运动的影响，
ＳＡＲ，ａｎｄａｎｅｗｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｌｇｏｉｔｒｈｍｆｏｒｓｐｏｔｌｉｇｈｔＦＭＣＷ —ＳＡＲｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇＷａｖｅｎｕｍｂｅｒＤｏｍａｉｎａｌｇｏｉｔｒｈｍ
ｆｏｒｔｈｅｉｒｆｓｔｔｉｍｅ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｃａｎｉｇｆｕｒｅｏｕｔｔｈｅｒａｎｇｅｍｉｇｒａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｍｏｔｉｏｎｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓｗｅｅｐｏｆＦＭＣＷ — ＳＡＲａｎｄｍａｋｅｔｈｅａｚｉｍｕｔｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ’ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｖｅｒｙｗｅｌ１．

去调频FMCWSAR距离维成像研究

文章编号:1001-2486(2007)01-0049-05去调频FM CW SAR 距离维成像研究耿淑敏,皇甫堪(国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙 410073)摘要:调频连续波(FM C W)合成孔径雷达因其体积小、重量轻、成本低及分辨率高等特点越来越受到关注。

详细分析了去调频FM CW SAR 距离维成像过程,得到了FM CW SAR 残留视频相位在距离维傅立叶变换过程中被消除的有用结论;分析了影响距离维分辨率的因素,提出了改善FM CW SAR 距离分辨率,同时降低距离维采样率的方法。

理论分析表明,去调频连续波SAR 同样存在斜置现象,因此,还详细分析了FM CWSAR 斜置的产生以及去斜的方法,提出了包含去斜的距离维成像算法,为方位向更好的聚焦提供了条件。

关键词:SAR;FM C W;距离维成像算法;分辨率;残留视频相位;去斜中图分类号:TN958 文献标识码:AStudy on Range Imaging of De chirped FM CW SARGENG Shu min,HUANGFU Kan(College of Electronic Science and Engineering,National Univ.of Defense Technology,Changsha 410073,China)Abstract :There is a growing interest i n the frequency modulated continuous wave (FM CW)SAR for its advan tages such as small cubage,light weight,cost effective and high resolution.In this paper,i maging process in range direction was analyzed in detail,and a useful conclusion was drawn that the RVP is removed in the course of performing Fourier transform in range direction;Then,the factors affecting range resolution for the de chirped FM C W SAR was discussed,and the method improving the range resolution as well as decreasing the range sample frequency was put forward.The deduction of the process shows that the slope factor exists in FM C W SAR.Therefore,the generation of the slope factor and the method of de sloping were analyzed,and the corresponding range i maging algorithm was also presented,creating better focus conditions for the azi muth direction.Key words :SAR;FM CW;range i maging algorith m;resolution;rVP;de sloping由于线性调频连续波雷达具有结构简单、体积小、重量轻、成本低和适合于近距离应用的特点,因而特别适合近距离成像雷达。

高速运动平台高距离分辨率FMCW SAR RD算法

ＲａｎｇｅＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＦＭＣＷＳＡＲＲａｎｇｅ－ＤｏｐｐｌｅｒＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｎＨｉｇｈ— ｓｐｅｅｄＭｏｔｉｏｎＰｌａｔｆｏｒｍ
摘要：针对调频连续波合成孔径雷达在高速运动中收发信号的情况，运用一种精确的多普勒回波模型，推导说明了直接通过傅里叶变换距离压缩的谱峰不仅发生多普勒偏移，同时存在展宽和峰值下降现象。给出了补偿函数，能够去除多普勒
偏移和距离徙动的影响，并进一步压缩距离响应，提高距离分辨率。仿真实验证明文中算法正确有效。
关键词：调频连续波；合成孔径雷达；雷达成像；距离多普勒；距离分辨率；高速运动
中图分类号：ＴＮ９５８．９４文献标志码：Ａ文章编号：１００４ — ７８５９（２０１５）１１ — ００３２ — ０５
ｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓ。ｔｗｏｎｏｖｅｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｒｅｕｓｅｄｔＯｃｏｍｐｅｎｓａｔｅＤｏｐｐｌｅｒｒｅｆｑｕｅｎｃｙ — ｓｈｉｆｔ，ｒａｎｇｅｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｅｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｕｓｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｒａｎｇｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｐｒｏｖｅｄｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅ

宽条带FMCW SAR距离多普勒算法

调频连续波（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｒｉｏｎＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓ
Ｗａｖｅ，ＦＭＣｗ）合成孔径雷达（ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ，
脚
昕＋老）】（２）
：ｚ２，ｖＶ为多
选取插值核及中的扁长椭圆波函数进行插值的
４结束语
其中，为距离频率，为多普勒频率，
Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ＲＣＭ）。
２距离徙动的距离空变性分析
ＦＭＣＷＳＡＲ所处理的数据是接收到回波进行去调频处理的数据，也就是一段差频信号：
距离徙动是由于雷达传感器相对目标运动带来的距离偏移，这种偏移直接表现在距离压缩的包络非线性排列，这种排列不仅与方位有关，同时与距离有关。一种波数域算法一一距离徙动算法是通过插值来完成二维解耦合的，也就是Ｓｔｏｌｔ插值。当前，不少学者将非均
ＯＲＬＤ・探索与观察
宽条带ＦＭＣＷＳＡＲ距离罗普勒篡．去
武警工程大学研究生管理大队陈缪蕴沈先耿
【摘要】针对宽条￣ＦＭＣＷｓＡＲ成像距离徙动空变性问题，提出一种基于非均匀变换的距离多普勒算法。算法在距离多普勒域进行距离徙动校正，结合非均匀傅里叶变换，克服距离徙动空变性，高精度地完成校正。

FMCWSAR原理概述word精品文档4页

FMCWSAR原理概述0 引言从1951年美国古德依尔（Goodyear）宇航公司的威利首先提出用频率分析方法改善雷达的角分辨率[1]，到如今的德国Fraunhofer高频物理和雷达技术研究所（FHR）进行了X波段机载合成孔径雷达5 cm分辨率概念验证实验[2]，合成孔径雷达已有60多年的发展历史，并在军用和民用领域都得到了广泛的应用。

传统SAR是脉冲体制的，具有全天时全天候的工作特点，但其质量体积过大、能耗过高使得脉冲SAR 无法应用在小型飞机、无人机和导弹等小型载体上。

调频连续波SAR由英国伦敦大学于1988年首次提出[3]，两种技术的结合使得FMCW SAR 拥有了体积小、重量轻、耗电少、造价低、分辨率高等一系列优点，解决了脉冲SAR无法应用在小型载体上的问题，成为SAR技术一个重要的发展方向。

1 信号模型文献[4]系统地阐述了FMCW SAR信号模型及处理过程。

以锯齿波为例，FMCW SAR连续地发射锯齿波信号：式中，fc为载波频率，α为信号的调频率。

发射信号照射到距离为R的目标后，反射回来的信号是发射信号的延迟信号，延迟时间为：接收信号为：通过与发射信号混频实现去调频（Dechirp）处理，从而得到了差频信号：在式（4）中，第一项为方位相位历程，第二项包含了目标距离信息，第三项为残余视频相位（RVP）。

2 成像分辨率2.1 距离分辨率对差频信号进行傅里叶变换可得频率与目标距离的关系，即实现距离压缩的关系：雷达的距离分辨率正比于信号的频率分辨率[4]，则距离分辨率为：式中，ρr为频率分辨率，T为调频连续波重复周期，即扫频时间，B=αT为发射信号带宽。

可以看出，距离分辨率取决于发射信号带宽，带宽越大，雷达的距离分辨率越高。

2.2 方位分辨率由式（4）可知，FMCW SAR接收信号的相位历程为：目标与雷达平台的瞬时距离与目标位置（X0，Y0，H0）及雷达位置（Xn，Yn，Hn）有关，即：将R按一阶泰勒公式展开，可得：因此，有：差频信号的相位随雷达和目标相对位置的变化而变化，变化的频率为：回波的多普勒带宽为：根据SAR成像几何[5]，有：在式（14）中，θBW为天线的波束宽度，D为天线的横向孔径长度。

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1 引言
调频连续波雷达具有结构简单、体积小、重量轻、成本低和截获概率低等优点 ,无论是在民用、军用 ,尤其是在高分辨率 SA R 处理技术上受到越来越多的关注 ,已成为近年来备受关注的课题[125] 。脉冲合成孔径雷达的发展已经很成熟 ,然而经典的脉冲体制下的成像算法并不完全适合连续波体制下的 SA R 成像系统 ,因此 ,发展一种与连续波体制相适应的成像算法成为 FM2CW SA R 课题研究的关键。
FM2CW SA R 信号二维频域的表达式 :
X0
∫ S IF ( Kr , Kx ) = exp (j Kr R2 + ( xn + v t′- x1 ) 2 ) ·
- X0
exp ( -
j
Kx
x)
d
xn
x′=
xn+
=
v t′
e
xp
(j

Kx
v
t′) ·
X0 - vT r/ 2
∫
exp (j Kr
第2期 2009 年 4 月
Ra
da
r
雷达科学与技术
S cie nc e a nd Te c hnology
Vol. 7
Ap ril
No . 2 2009
3
FM2CW SA R 距离徙动算法研究
张玉玲1 , 金小三1 , 曲长文2
(1. 海军湛江保障基地通信雷达声纳修理厂 , 广东湛江 524009 ; 2. 海军航空工程学院电子信息工程系 , 山东烟台 264001)
S IF ( Kr , Kx ) = exp (j Kx v t′) ·
exp (j R
K
2 r
-
K2x - j Kx x 1 ) (11)
式 (11) 的整个推导过程中 ,除忽略幅度和常
数相位项外 ,没有采用任何近似 ,是 FM2CW SA R
信号波数域频谱的准确表达式。
3 改进的 FM2CW SAR 二维频谱模型
摘要 : FM2CW SAR 是一种新近被提出来的雷达成像体制 ,它结合连续波与合成孔径成像技术 ,具有结构简单、体积小、重量轻和分辨率高等一系列优点。文中结合调频连续波特性与合成孔径雷达工作特点 ,对调频连续波合成孔径雷达波数域成像算法进行了研究。推导了调频连续波信号的波数域模型 ,研究了调频周期内平台连续运动对调频连续波合成孔径雷达波数域模型的影响 ,进而提出了一种适用于调频连续波合成孔径雷达的改进距离徙动算法 ,并通过仿真验证了改进算法的有效性。
引起的 , 为突出雷达平台连续运动对 FM2CW SA R 二维频谱的影响而故意夸大了倾斜程度。
的 FM2CW SA R 二维频域的表达式相乘 ,得相位补偿后的 FM2CW SA R 二维频谱 :
ej ( R K2r - K2x - Kx x 1 )
(10)
由于幅度对 FM2CW SA R 信号二维频谱影响
不大 ,常数相位项可以简单地补偿掉。下面的分
析中 , 忽略幅度和常数相位的作用 , 则 FM2CW
SA R 基频回波在波数域 Kr2 K x 二维平面的波数谱
表达式为
目前已经针对不同的应用情况提出了一系列
的成像算法 ,包括 R2D 算法、线频调变标算法、频率变标算法和距离徙动算法 ( RMA) 等 ,但这些算法都是基于脉冲 SA R 停2走2停的工作模式提出的。由于连续波调频信号连续发送 ,且周期较长 , 所以调频周期内雷达平台的连续运动引起的多普
勒频移不能忽略 ,即 FM2CW SA R 已经不满足停2 走2停模式。本文详细推导了 FM2CW SA R 在波数域的二维频谱 ,分析 FM2CW SA R 二维频谱与停2走2停模式下脉冲 SA R 二维频谱的异同 ,在分析调频周期内 ,雷达平台连续运动引起的二维频谱变化的基础上 ,提出了补偿调频周期内平台连
2009 年第 2 期
张玉玲 : FM2CW SA R 距离徙动算法研究
1 09
变化项。停2走2停的近似是假定同一脉冲的发射和接收过程中 ,认为雷达是静止的 ,即在同一个脉冲的发射和接收过程中 , 认为 v = 0 , 则式 (11) 即可变为常用的停2走2停工作模式下的 SA R 二维频谱 ,可见式 (11) 是一种更通用的形式 ,且更精确。因此 ,当代入载机的真实速度时也成立。实际上 , 对脉冲 SA R 来说 , 时间 t′的变化量比乘积项 K x v 小得多 , 因此第一项的相位项几乎可视为常数 0 。在停2走2停模式 SA R 二维频谱和雷达平台连续运动情况下 ,SA R 信号的二维频谱如图 1 所示。支撑域倾斜是由于调频周期内雷达平台的连续运动
收稿日期 : 2008209218 ; 修回日期 : 2008212216
3
基金项目 :中国博士后科学基金 (N0. 2005037772)
1 08
雷达科学与技术
第 7 卷第 2 期
续运动引起的多普勒频移的改进 FM2CW SA R RMA 算法 ,最后对点目标进行仿真 ,验证改进算法的性能。
I(
Kr ,
Kx )
= 2(
- πR K3r
K2r - K2x )
3/
2
e
-
π j4
ej
(
R
( 9) K2r - K2x - Kx x 1 )
所以 FM2CW SA R 信号二维频域的表达式 :
S IF (
Kr ,
Kx )
=2(
- πR K3r
K2r - K2x )
3/
2
e
-
π j4
ej
Kx
v
t′·
像算法。
FM2CW SA R 的信号形式通常取为信号的差
频形式 ,由文献 [ 123 ] 知 , 从混频器输出的中频信
号 sIF 的表达式为
sIF = exp [j2π( f τc + Kτt′-
1 Kτ2 ) ] 2
(1)
位于场景中的点目标对应的延时为
τ= 2 r( R , x1 , t) = 2 R2 + ( x n + v t′- x1 ) 2 (2)
- X0 + vT r/ 2
R2 + ( x′- x1 ) 2 - j Kx x′) d x′
令
X0 - vT r/ 2
∫ I ( Kr , Kx ) =
exp (j Kr
- X0 +vT r/ 2
(6) R2 + ( x′- x1 ) 2 - j Kx x′) d x′
(7)
由合成孔径多普勒回波特性知 ,式 (7) 的积分
SA R 工作在停2走2停模式[10] 下的二维频谱为
S IF ( Kr , Kx ) = exp (j R K2r - K2x - j Kx x 1 ) (12) 比较式 (11) 与式 (12) 知 ,两种表达形式的不同在于式 (11) 中第一个指数项的存在。FM2CW SA R 信号二维频域的表达形式中 ,第一项是考虑到扫频周期内雷达平台的连续运动而形成的空间
2 FM2CW SA R 波数域回波模型
SA R 与目标的相对运动在 SA R 工作期间是
连续的 ,根据 SA R 搜集数据的方式不同 ,将相对
运动划分为 3 种形式[6] : (1) 相邻脉冲之间的相对
运动 ; (2) SA R 发射脉冲期间、接收脉冲期间以及
目标反射脉冲期间的相对运动 ; (3) 同一个脉冲的
exp (j Kr R2 + ( x n + v t′- x1 ) 2 ) (4)
其中空间距离频率为
Kr
= 4πc f
r
= 4πK ( f c
cK
+
t′) =
Krc
+Δ Kr
(5)
式中 , Krc 是载波的空间距离频率 ;Δ Kr 是 K rc 附近
的变化量。以 xn 为变量对式 (4) 进行 Fo urier 得到
Key words : f requency2modulated co ntinuo us2wave ( FM2CW) ; Synt hetic apert ure radar ( SA R) ; wave2 number do main ; range migration algorit hm ( RMA)
其进行校正。由文献 [ 5 ,7 ] 知 ,不含 RV P 项的中
频信号为
sIF = exp [ j2π( f τc + Kτt′) ]
(3)
将式 (2) 代入式 (3) 得到与时间无关的复常数 :
S IF ( Kr , x n) = exp (j2π( f τc + Kτt′) ) = exp (j Kr r) =
Abstract : FM2CW SA R is a new radar system. The system is t he combination of continuous wave and SA R technology , and has t heir advantages , such as simple co nfiguratio n , small cubage , and high resolution. Combing t he characteristics of t he FM2CW signal wit h t he SA R p rinciples , FM2CW SAR imaging algorit hm in wave number domain is st udied in t his paper. And a new RMA suitable for FM2CW SA R is int roduced based o n t he FM2CW signal model in wave number. The influence of t he continuo us platfo rm motion during a modulating period on FM2CW SA R signal model is st udied and t he p hase excursion brought by t his motio n is also analyzed. Based on t hese , a developed FM2CW SA R RMA is int roduced and it s validity is tested by t he co mp uter simulation.