合成孔径雷达成像-算法与实现-光盘.iso了解合成孔径雷达的图像处理算法，这本书是英文的，适合初学者

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详细说明：了解合成孔径雷达的图像处理算法，这本书是英文的，适合初学者序星载合成孔径雷达(SAR)在地球遥感中的应用可以迫溯至1978年的 SEASAT,其100余天的飞行使人们得以初窥SAR在成像方面的巨大潜力。但直到199年的ERS-1,SAR才真正做到了对地球的长期观测,并实现了成像模式的可靠运行。许多具有较强雷达遥感应用背景的国和跨国空间项目,确保了在环境监测及全球性变化研究方面都必不可少的数据获取的连续性。此后,一些从未设想过的新应用相继出现,其中最振奋人心的莫过于SAR的干涉,即利用SAR复图像对的相干特性对地表形态、运动或去相关结构进行测量。目前,超过13年的连续不断的数据获取,使一些长期研究成为可能,近10年的信号积累已经揭示了每年1mm的陆地下沉(速率)以及海浪变化。通常需要对同一地区进行上百次成像、精确配准和分析,才能得到类似的结论。由于SAR处理实现了从光学平台到数字信号处理器(DSP)的跨越式发展,以上应用不再是天方夜谭。数字处理使SAR图像的获取和重现变得十分便捷,它既能保证较大动态范围内的无失真图像输出,也保留了精确的相位信息,同时信号处理运算不受物理条件的限制。而且, 到目前为止,SAR数字处理器仍在不断地从飞速发展的计算能力中获益。起初需要使用超级计算机或专用DSP进行SAR处理,而今天一台笔记本电脑就可以在适度的时间内处理出一幅图像。数字处理的巨大潜力和持续增长的SAR数据应用需求,促使许多研究机构和商业公司进行SAR处理器的开发,由此发展出了一些满足高分辨率、宽测绘带、高相位精度以及复杂成像模式的新算法。数据的相千特性使SAR在图像结构与数据处理上与其他遥感技术截然不同。对这样一种系统及其信号的最恰当描述方式是复数方程,因而其处理手段应该是基于信号的,而非基于图像的。SAR处理固然离不开DSP,而DSP同样也从SAR中获益,SAR成像原理及处理算法本身已成为一类可以移植到其他领域中的颇具吸引力的DSP方法。SAR在一般意义上的成像原理方面与X射线断层摄影术很相似,因而从教学方面来说,对其进行研究也是非常有价值的。但是,到目前为止,全面介绍SAR数字处理的书籍却并不多见,对该领域的了解还主要限于期刊、会议文集、内部报告以及专利,因此 Cumming教授和Wong博士的这本书是非常独特的。首先,本书是由遥感测量中首台SAR数字处理器(可能也是使用时间最长的)的开发者撰写的。其次,它对现有的SAR算法进行了总结,并利用相千信号处理术语予以表述。本书与传统雷达书籍的不同之处在于,它是从处理角度面非雷达载荷角度进行讨论的。由于本书主要针对的是斜视角和孔径都相对较小的星载SAR,因而一些源于常规雷达的概念(有时显得多余)能以一种更清晰的简化方式予以表达。经验表明,一种技术虽然已得到了充分发展,但距其真正使用还有一段距离。然而,对本书所涉及的条带模式和 Scan sar模式处理算法而言,其在应用上已十分成熟。同时,本人希望该书后续版本能将聚束模式也包括在内。无疑,本书作者具有深厚的教学索养,且在知识的传授上毫无保留( Lan Cumming是位教授, Frank Wong是英属哥伦比亚大学的短期讲师)我与两位作者相交多年,对他们以简单易懂的方式阐释复杂问题的能力一直很钦佩。本书对SAR处理过程的介绍简明扼要、逻辑清晰层次分明并且结构完整,全书首先回顾相关的信号处理基础,随后分别对传统的距离多普勒算法,各种 Chirp scaling方法以及参数估计进行介绍。所有章节都提供了丰富的图表示例,随书附带的光盘提供了一组SAR数据,以利于读者对书中算法进行有益的实验。我深信,大学教师、研究生以及工程师们,无论是初学者还是SAR处理专家,都将从本书中获益。就我个人而言,如果在刚进入SAR处理领域时能读到类似的书籍,一定会少走许多弯路。 Richard baler主任遥感技术研究所德国宇航中心(DLR) Oberpfaffenhofen 2004年12月 6 前言内容范围本书记述了作者在遥感SAR数据处理方面的经验,其中大部分素材已发表于早先的技术文献中,但汇集成书尚属首次作者在SAR方面的工作始于1977年在 MacDonald dettwiler(MDA)进行的 SEASAT数字处理器设计,随后又相继开发了SIRB,ERS-1,ERS-2, RADARSAT1以及ENⅤISAT处理器,与此同时也构建了一些机载SAR处理器,包括最近完成的一个双频极化干涉系统,随着目前 RADARSAT2处理器的开发,相关工作一直延续至今。本书试图对过去27年中积累的知识进行总结。最初的工作是基于相干光学SAR处理器的。通过借鉴数字声呐,很自然地会将数字信号处理原理用于SAR数据。虽然军方早已介人了这方面的工作,但我们对此一无所知,因而几乎是从零开始进行SAR处理器设计的我们的经验主要来自于“遥感”SAR,这类SAR得到的地表图像一般用于地图绘制、地质学、海洋学、林学以及农业等方面,其分辨率通常在数米至数十米,测绘带约为2000~8000 个采样,地面覆盖可达150km( Scan sar下甚至更宽) 星载和机载SAR在数据处理上存在较大差异,能够同时满足对两类数据进行有效处理的平台在构建上比较困难。鉴于星载数据较易公开获得,本书一般针对这种情况进行算法讨论, 在保持本书大框架的前提下,将对部分机载数据的处理差异进行简单解释。本书主要从DSP角度对SAR处理进行说明,除了有助于理解SAR回波数据特性外,本书一般不详细论述雷达系统原理。预期读者本书主要面向SAR数据处理以及算法开发人员,阐述了大多数有助于理解和设计高质量和/或高吞吐量SAR处理器的技术细节。对于那些不具有较强DSP背景的读者,本书也介绍了一些相关理论。此外,本书也将加深图像解译专家对SAR数据特性的理解。作为DSP原理的具体应用,SAR数字处理器在涉及大量标准DSP算法的同时,也引入了些新的概念。因而,本书也将对那些希望进一步了解DSP实际应用的高年级学生或研究生有所帮助笔误、错印及疏漏在此,作者对本书中可能出现的错误深表歉意,并希望读者予以批评指正。在技术资料的引用上,尽量选取关系最密切、最原始的参考文献,但在许多情况下使用的是最为熟知的文章,这意味着作者的某些论点可能是值得商榷的,在此衷心希望其他专家予以指正致谢在此,作者对与本书关系密切的四批人员表示诚挚谢意。首先,作者要感谢多年来一起工作的许多同事,其中包括富于远见的公司创建人 John macdonald先生,正是由于他给予我们的巨大支持和充分信任,才使作者在许多人认为不可能的情况下,于1977年建立了第一部商用数字SAR处理器。同时,作者还要感谢本研究组前十年的组长 John bennet生,其对问题的深刻洞察能力是我们所望尘莫及的。本组最初的成员还包括 Robert deane, Robert orth, Pietro Widmer和 Pete mcconnell,他们与作者共同进行了SAR数据处理方面的探索。随着SAR处理器市场的不断扩大,许多新成员加入了MDA团队,大多数人目前仍在其 SAR研究组中工作,其中部分人员对SAR处理技术做出了重要贡献,包括 David stevens, Gordon Davidson, Martie Goulding, Paul Lim FH Tim Scheuer 作者的大部分工作得到了加拿大和欧洲政府机构的资助(尤其是加拿大遥感中心、加拿大航天局和欧洲航天局),我们也一直与用户保持着技术上的密切联系,在此要特别感谢以下人员与作者进行的富有成效的合作,包括加拿大诸机构的 Keith Raney, Laurence gray, Paris Vachon和 Bob hawkins以及欧洲航天局的 Rudolph Okkes,Jean- Claude DeGarre和 Yves desnos 在此还要提到另外两个较有影响的机构,虽然我们之间只是偶尔打交道,但许多算法却是同吋提出的,并且都获益于对方的工作。其中包括美国喷气推进实验室(PL)的 Charlie wu, Michael jin, Dan held, Paul rosen和 Richard Garand,他们开发了与本书相关的一些技术。同时,还包括德国宇航中心(DLR)的 Richard Baler, Hartmut Runge, Michael eineder, Alberto Moreira, Rolf scheiber和 Josef mittermeier,他们长期从事SAR处理算法的设计工作。这里, 作者要特别感谢为本书作序的 Richard baler以上人员的名字将在本书所引用的算法文献中不断出现作者还要对为本书提供素材的人员表示感谢。其中,MDA的 Kjell Magnussen对地球/卫星几何模型的定义提供了帮助; Politecnico di milano的 Fabio rocca教授给出了一些有关oKA 的深入理解;那不勒斯市IREA-CNR的 Riccard lanari博士提供了一种有关改进 SPECAN算法的解释,JPL的 Paul rosen提供了一幅SRTM图像;CCRS的 Bob hawkins提供了两幅 Convair580机载SAR图像, Gordon Staples提供了大量 RADARSAT图像及含有原始数据的光盘;英属哥伦比亚大学雷达遥感研究组的许多研究生,包括 Shu li, Millie sikdar, Kaan ersahin 和 Yewlam Neo,阅读了本书的各个章节,并且进行了 RADARSAT数据读取以及第12章和第13章的部分多普勒参数估计图的程序编写。作者应感谢在本书不同撰写阶段参与审稿的人员。在撰写本书第一部分时, lan Cumming 正在DR度年假,许多人员对这一阶段的审稿提供了帮助。DLR的 Juergen Holzner对本书终稿进行了细致的审校。本书前两章写成后, Frank Wong去新加坡国立大学的电子工程系进行讲学,其间许多人参与了审阅,他们当中包括英属哥伦比亚大学的 Bernd scheuch和 Yewlam Neo, Calgary大学的 Dave alton以及MDA的 Martie Goulding, Paul lin和 Norm goldstein 8 关于编辑制作,本书的文稿编辑 Eunice ludlow在文字表述方面花费了大量时间,以确保半专业人员能够理解本书的大部分内容,她对全文进行了细致的标点加注,以避免出现超过三行的语句。同样感谢 Rebecca allendorf以及 Artech House的所有编辑人员,感谢他们在保持手稿风格方面付出的辛劳。最后,作者感谢家人在我们紧张无序的工作中所给予的耐心支持。幅机载SAR图像在进入正文之前,先提供一幅SAR图像以飨读者,该图由搭载在 Convair-580上的加拿大遥感中心C波段极化机载雷达得到,数据获取时间为2004年9月30日,成像区为哥伦比亚威斯特汉( Westham)岛上的测试场。图A.1给出的是四个极化通道的合成图像。图像中心位于北纬49.2°,西经123.1°,测绘带为10km,该图由实时处理器经七视处理得到,图像经过了常规辐射校正。由 MacDonald dettwiler搭建的第一个实时数字SAR处理器于1979年交付CCRS,并安装在 Convair-580上。本图由1986年更新的第二代实时处理器得到。图A.1 Convair-580实时处理出的哥伦比亚三角洲市兰德纳地区图像(由CCRS的 Bob hawkins提供) 月录第一部分合成孔径雷达基础第1章概论 ●口口卓卓口 d看A■■甲自■■■■b自■■中■即「口甲争由口即甲是曲■■●● 1合成孔径雷达背景简介… ●qb◆◆■音·與■卩命◆即·即·ψ音ψ◆阜血省卡『■聊◆會自萨鲁即●■申自p唱·自●p命·音看即『号看●鲁 12遥感中的雷达 13SAR基础會P■q即中电即●申自甲冒看阝中中甲。會甲即目D●D口节唱看吧甲看pP甲。D看唱节D即 '4D4日4日日Ba卜D4d品日44·.日4444 14星载合成孔径雷达传感器 223379 15内容概要 ●自4自自命自自甲目自自日日早日●幽血自甲b自自甲日自血。自日中罪唱即自甲■罪即甲咖是·D单甲早唱■罪甲 151星载合成孔径雷达图像示例,..10 叁考文献第2章倩号处理基础 ■會■qpt■■盘 d●山 14 2.1简介 14 22线性卷积日丶司日甲咱音日日中命中q日乱督号命电一目自中ψq导和甲·即甲●b电甲即 ■·甲即节即『甲甲即·甲即着节B命甲节看●目口 14 2.21连续时间卷积 222离散时间卷积 ●自◆●甲 23傅里叶变换 18 23.1连续时间傅里叶变换 18 232离散傅里叶变换… 『罪口甲q口■甲鲁 ■自血■看■■击曲盘 18 233傅里叶变换性质 19 23.4傅里叶变换示例 .22 24卷积的DFT计算聊◆·备■■鲁自自血·D·自自4““自自山●自山 …24 25信号采样 25 2.5.1采样信号的频谱 q■『甲早■P旱旨唱日日●昌日自口日音唱■自4目自4日日目冒音自卓日自自日甲甲p·自自甲●自日甲p●目甲·p●中罪 25 252信号类型. 26 253奈奎斯特采样率和混叠中·4导《自 ●·白?●v如甲p■ 28 26平滑窗玉罪·自血由伊司奋自画胡●自血最●bd山·4●西看● 32 2.7插值 33 2.7.1sinc插值身命·音目鲁P音◆自即命导●·■【●自命p·即自自自自甲命·自售售·自当血即P唱血甲 34 272插值核的频谱…… 37 273非基带和复插值… 138 28点目标分析 ·血■■鲁■郾幽■即啁备自d鲁备■画鲁血d看 ●一 T甲号甲学看即p专P 38 29小结 42 291金星坑的麦哲伦图像…42 参考文献 ■血血甲昏卩即罪p罪φ聊“即着●●自●聊●t■■b◆b●自bbD·abaa备ma 43 1 第3章线性调频信号的脉冲压缩 945 3.1概述如●●甲“幽命●啁●P胡当即●●命●■甲 945 32线性调频信号 ■口鲁·身晋●卓昏甲鲁鲁司■b曲會●·即●■■ 45 321时域表达 p啁■4啬合自备自■·● 45 32.2线性调频脉冲的频谱.….… 看d血pd●■■·画山 47 323调频信号采样. 324频率和时间不连续性 ψ《·◆P鲁鲁·自日D如。错bd●t曲曲自b曹 ■日·自会4音甲卩甲甲q日甲甲暴I 51 33脉冲压缩 52 331脉冲压缩原理 52 332线性调频信号的时域压缩 333频域匹配滤波器… ,..57 334窗效应唱昏甲唱●甲即甲甲qp■P●P号即db自昏·看昏●4号●目ψ■自自“西日·卧自自pp司●看↓咖咖申e 335过采样率重定义 34匹配滤波器的实现 h自自·卓↓·◆早·q日日日:··p●号P甲p罪日昏●◆聊q昏pq● 341目标定位和匹配滤波器弃置区 63 35调频率失配 31基带信号中的失配影响… 甲t■個鲁4●卩D看着画山 352非基带信号中的失配影响 ◆·q·日甲日·即号日即导看■●看即鲁44昏●●bDdb自看D 353滤波器失配和时间带宽积 …67 3.6小结… ■■鲁■·●烟日画目备 36.1 ENVISAT/ASAR宽带图像… 参考文献 q甲号冒着D●●↓pD 附录3A匹配滤波输出的推导.....11.171 附录3B相位失配误差推导 …,,,.74 第4章合成孔径的概念 4.1概述 75 4.2SAR几何关系 6 42.1术语定义 76 4.22卫星地距几何 ●身急P一甲音·自命卡中身萨命一p·冒即Dq护A 79 4.23卫星轨道几何即导着看目即国督即●·冒看自鲁·备自吾自备即 8 4.3距离等式 82 43.1距离等式的双曲线模型......83 43.2速度与角度的关系甲争命即唱鲁昏■备帽●自·音自电t● 甲◆冒。pD●p 84 44SAR距离向信号 ■■● 86 4.41发射脉冲 86 4.42数据获取.., ……,,87 4.5SAR方位向信号 45.1什么是SAR中的多普勒频率 88 452相干脉冲 12 453PRF的选择… 90 454方位向信号强度和多普勒历程 4.5.5方位向参数 ,,,,..4492 46二维信号… 493 461信号存储器中的数据排列日中‘中●目甲●即甲q 94 462解调后的基带信号… 463SAR冲激响应 46.4典型雷达参数值中·上司中即q节唱即● 47SAR分辨率与合成孔径 4.7.1分辨率的带宽推导中·昏·即口日甲目甲日目4自p·自“P‘·● 嚼看甲鲁pD 4.7.2合成孔径 4.8小结… ·自·即看香命白自日q·即甲即非ψ●“s自自口日日日西油☆4 101 48.1温哥华岛的窄幅 ScanSar图像 .103 参考文献附录4A近似雷达速度的推导 l05 附录4B正交解调 107 附录4C合成孔径的概念 ■●·申即司■自即自曲d■幽 111 第5章SAR信号的性质 115 51简介 ■命自自血自日罪甲甲唱叩烟p看曾P卓中·自罪b备看蠡命命●鲁 15 52低斜视角下的信号频谱 ●●看↓■■↓p曲曲·看 ■鲁■幽山·看●4 115 52.l距离多普勒域频谱… 116 522二维频谱… 1I7 53一般情况下的信号频谱 117 531距离向傅里叶变换 4··●·日日··日日甲φ甲唱●唱卜ψ◆●p◆昏■4· q●◆◆·甲冒p甲●曲曲 118 532方位向傅里叶变换 119 533距离向傅里叶逆变换 ,4121 54方位混叠与多普勒中心血·D4●·vT甲甲p唱雪卓咖自 .124 54方位混叠和模糊的起因即●血画击山 124 542多普勒中心 ●q●dp● 126 543多普勒模糊 128 544距离向的多普勒中心变化 129 55距离单元徙动 ◆◆A看4◆甲◆子·◆B甲自自 132 551RCM的分量 d·自日甲甲甲司唱录 133 55.2同一距离处的多个目标 34 53目标轨迹卷绕 ●··即·早●日◆单◆B日·4自血即甲sD 135 56点目标示例 ●·曾口甲即音甲日p4曲凸 136 561仿真参数 136 57SAR处理算法初窥… 140 571时域匹配滤波暴◆b吾省 11140 13

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