合成孔徑雷達中的鰭流線蟲病疫情分析

合成孔徑雷達中的鰭流線蟲病疫情分析

0sar實時組成的同步控制造成距離徙動校正利用感知和目標之間的相對運動產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)來獲得高方向的方向分析，并利用雷達和目標之間的相對運動來獲得高度距離的二維成像雷達。雷達與目標間的相對運動,一方面帶來了方位向的相位變化;另一方面使同一個點目標在不同的方位上,其回波延時不同,即所謂的距離徙動。距離徙動校正的精度直接影響SAR的成像質(zhì)量,同時,距離徙動校正處理的運算量在整個SAR處理中占相當大的一部分。因此,如何用盡量少的運算量來獲得盡量好的距離徙動校正處理是SAR實時信號處理中需要重點解決的問題。本文討論了幾種常用的距離徙動校正處理方法,詳細分析了各自的性能以及在實時處理情況下的運算量估計,最后給出了結(jié)論。1基于數(shù)字系統(tǒng)的徙動校正算法由于雷達和目標之間的相對運動,同一個目標,在不同的方位向時刻,其回波在距離向上出現(xiàn)的位置也不相同,這種現(xiàn)象稱為距離徙動。當點目標回波歷程的距離徙動量超過一個距離門對應(yīng)的距離時,為了保留信號在方位向上的多普勒信息,需要對距離徙動量進行補償,去除距離徙動量的影響,使同一個目標的回波歷程始終出現(xiàn)在同一個距離門內(nèi)。這種處理方法就稱為距離徙動校正處理。目前絕大部分的SAR信號處理系統(tǒng)都是數(shù)字系統(tǒng),即回波數(shù)據(jù)在距離向和方位向上都是一系列的離散點。由于距離徙動量不一定對應(yīng)整數(shù)個采樣間隔,因此距離徙動校正不能采用整數(shù)個采用點平移的方法,而必須采用插值一類的方法。假定徙動校正以前及以后的距離向數(shù)據(jù)分別為PrA(n),PrA_RMC(n),徙動時延為τRM。從概念上,徙動校正處理可以分為兩步:(1)根據(jù)離散化的數(shù)字序列PrA(n),恢復(fù)出其在連續(xù)時間域內(nèi)的形式prA(t);(2)由prA(t)及徙動時延τRM來完成徙動校正處理:式中:Δt——距離向的采樣間隔。不同的成像處理算法中,徙動校正處理的具體方法也不盡相同。在RD算法中,距離徙動校正的主要方法是將數(shù)據(jù)變換到距離向時域-方位向頻域,利用插值的方法完成距離徙動校正。一般實時處理中,多采用Newton多項式插值或者截斷sinc插值的方法。在CS算法中,利用傅立葉變換中時域時延與頻域線性相位的對應(yīng)關(guān)系,將數(shù)據(jù)變換到距離向頻域-方位向頻域以后,對每條距離向乘以一個對應(yīng)的線性相位來完成距離徙動校正處理。下面將對上述三種方法逐一分析。為了分析方便,對徙動時延τRM進行分解有式中:Δt——采樣間隔,m——非負整數(shù),0≤h<1。則徙動校正處理對應(yīng)可以修改為2實時偏移校正算法的研究2.1k階差分的影響以Newton多項式插值方法為例,其具體實施方法如下。定義式中:Δf(x),Δkf(x)——f在x上的一階和k階差分。根據(jù)插值階數(shù)K的不同,第n點的距離徙動校正值分別為當K=2l為偶數(shù)時,當K=2l+1為奇數(shù)時,若prA(t)連續(xù)且k+1階可導(dǎo),即prA∈Cn+1,則K階Newton插值的誤差Rn(x)為K階(K+1點)Newton多項式插值的計算量為:平均對每個點進行一次插值運算需要完成K2+4K次加法運算和5K-2次乘法運算。2.2x[n]插值處理根據(jù)Nyquist抽樣定理可知,對于帶限信號xs(t)和采樣頻率Ωs=2π/Δt,若xs(t)的截止頻率Ωc滿足則根據(jù)采樣后的離散序列x[n]可以重建連續(xù)信號xr(t),即在數(shù)字處理系統(tǒng)中,輸入數(shù)據(jù)長度是有限的,即插值處理僅根據(jù)PrA(n+m)附近的K個采樣點PrA(n+m-l),l-Kmin,Kmin+1,…,-1,0,1,…,Kmax,來估計PrA_RMC(n)。假定數(shù)據(jù)采樣時滿足Nyquist抽樣定理,則徙動校正的誤差為K點sinc插值的計算量為:平均對每個點進行一次插值運算需要完成3K-2次加法,3K次乘法和K次sinc計算。2.3nyquest距離線和n-1對帶限信號的相乘對于傅立葉變換對根據(jù)傅立葉變換的性質(zhì)有則對于離散化的距離線PrA(n),及徙動量時移τRC,距離徙動校正以后的距離線為式中:Fs——數(shù)據(jù)的采樣頻率,K——DFT點數(shù),k=0,1,…,N-1對于帶限信號,在滿足Nyquist抽樣頻率的前提下,根據(jù)頻域時域的對偶關(guān)系以及上一節(jié)的討論,可以得到該方法的誤差為K點頻域線性相位相乘方法的運算量為:一次K點復(fù)DFT、一次K點復(fù)IDFT,2K次正余弦計算和4K次實數(shù)乘法運算、2K次實數(shù)加法運算。3實時偏移校正算法的性能分析3.1不同插值方法的比較考慮到線性調(diào)頻信號(LFM)是雷達系統(tǒng)中最常用的信號形式,下面以線性調(diào)頻信號為例,通過計算機仿真方法,對以上三種校正方法的誤差性能進行分析。具體的仿真方法為:分別生成帶有徙動時延的原始信號和不帶有徙動時延的參考信號,并分別按上述三種方法對帶有徙動時延的原始信號進行徙動校正處理。將處理以后的信號與不帶有徙動時延的參考信號進行比較,計算由于徙動校正處理而引入的相對幅度噪聲與相位噪聲功率。假設(shè)徙動量為在[0,1]間均勻分布的隨機變量,共4000個樣本點;信號長度為4096個采樣點,此時的幅度誤差與相位誤差分別如圖1和圖2所示。從仿真結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn),總體來說,Newton插值方法引入的誤差最小,頻域線性相位的方法次之,Sinc插值的方法最差。對于每條曲線:Newton插值方法在插值點數(shù)為5時誤差達到最小值。當插值點數(shù)超過5點以后,由于Runage現(xiàn)象,插值誤差逐漸趨近于常數(shù)。Sinc插值方法隨著插值點數(shù)的增加,插值誤差逐漸減小,但插值點數(shù)為奇數(shù)時,誤差(特別是相位誤差)比相鄰偶數(shù)插值點的要大。頻域線性相位的方法由于等效的插值點數(shù)恒等于4096點,因此誤差也為常數(shù)值。3.2快速算法驗證根據(jù)以上分析,各方法平均對1個復(fù)數(shù)點的進行距離徙動校正處理,所需運算量如表1所示。在具體實現(xiàn)的過程中,特別是在實時運算過程中為了減小運算量,通常會采用以下的一些快速和簡化方法:(1)DFT采用FFT方法,IDFT采用一次FFT及兩次實部虛部對調(diào)方法完成;(2)sinc求值、正余弦求值采用查表方法完成。考慮到以上快速算法,并結(jié)合實測運算時間,可以得到對長度為Nr個復(fù)數(shù)點的距離線進行距離徙動校正處理,各方法的運算量如表2所示。當距離線長度Nr為4096時,各方法進行徙動校正處理的運算量如圖3所示。從圖3可以發(fā)現(xiàn),頻域線性相移方法由于對整條距離線進行處理,因此不存在運算量隨插值點數(shù)變化的情況。當插值點數(shù)為8點時,多項式及sinc插值的運算量與頻域相移方法的運算量基本相當;當插值點數(shù)超過9點以后,插值方法的運算量將超過頻域相移方法。4頻域線性相位方法+sirc從校正性能上來看,當插值點數(shù)小于10時,多項式插值方法優(yōu)于頻域線性相位方法優(yōu)于sinc插值方法。從運算量上來看,插值點數(shù)7,8為臨界點,當插值點數(shù)小于7時,多項式插值運算量小于sinc插值運算量小于頻域線性相位方法;插值點數(shù)大于9時,多項式插值運算量大于sinc插值運算量大于頻域線性相位方法。從適應(yīng)性上,多項式和sinc兩種插值方法適用于徙動量隨距離變化的情況(在大測繪帶情況