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SAR成像处理算法_CS算法_程序设计（Matlab）_radarsat-1数据cs成像教程

作者：不正经 | 2024-02-07 20:14:15

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radarsat-1数据cs成像教程

目录

CSA成像处理软件设计与接口

机载正侧视SAR模型CSA1

程序接口

仿真数据1处理（一个点目标）

机载斜视SAR模型CSA2

程序接口

仿真数据1处理（一个点目标）

仿真数据2处理（一个点目标，斜视）

RadarSat-1数据（光盘）

        针对正侧视SAR和大斜视SAR模型，设计基于CS算法的成像处理软件。本文给出了软件的接口与调用方式；使用仿真数据验证了软件的有效性；处理了RadarSat-1实际数据，但是处理效果不理想。如有读者有实际数据，欢迎共享，一起交流学习，公共进步。

仿真数据使用前面介绍的机载SAR回波仿真软件生产，详细使用说明见
机载正侧视模型条带SAR回波仿真算法与编程_爱学习的小伟的博客-CSDN博客机载正侧视模型条带SAR回波仿真算法与编程。在机载模型下，建立空间三维坐标系，并在此坐标下计算目标和雷达相位中心的位置，得到目标的距离历程；然后根据距离历程和雷达参数构造回波数据。目前本文介绍的软件只支持正侧视条带模式SAR的回波仿真，用于验证本专栏后续介绍的成像处理算法。后续将发布考虑多模式、多通道、大斜视、星载模型等的回波仿真软件https://blog.csdn.net/smyounger/article/details/124547898


也可以直接通过下面的链接下载本文使用的点目标仿真数据：
AirborneSAREcho_STRIP_Point1x1_AzChan1_Na3488_Nr1444.dat-图像处理文档类资源-CSDN下载机载模型SAR点目标仿真数据更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/smyounger/85355290AirborneSAREcho_STRIP_Point1x1_AzChan1_Na5440_Nr2338.dat-图像处理文档类资源-CSDN下载斜视SAR点目标仿真回波更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/smyounger/85366121

测试指标时，使用SAR图像聚焦质量评价插件：SARImageFocuseQuality_v0.0，详细使用说明见
https://blog.csdn.net/smyounger/article/details/124622941https://blog.csdn.net/smyounger/article/details/124622941

CSA成像处理软件设计与接口


机载正侧视SAR模型CSA1

本方法对应的Matlab程序可以在下面的连接中下载

SARImageCSA1_release.zip-图像处理文档类资源-CSDN下载正侧视SAR模型的CS成像处理算法更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/smyounger/85366718
程序接口

  1. CS成像处理算法-机载正侧视，分步进行
  2.   调用方式：sig_image = SARImageCSA1(sig_echo, param, showimg_flag)
  3.   输入参数：
  4.     sig_echo：复回波数据
  5.     param:成像处理参数
  6.           param.sampleRate：采样率，单位Hz
  7.           param.Rnear：图像近距， 单位m
  8.           param.chirpRate：调频率，单位Hz/s，注意正负号
  9.           param.prf：PRF，单位Hz
  10.           param.lambda：信号波长，单位m
  11.           param.Vst：平台速度，单位m/s
  12.           param.Fdc：多普勒中心，单位Hz
  13.     showimg_flag：是否显示每一步的处理结果，0-不显示，1-显示
  14.   输出参数
  15.     sig_image：复图像

仿真数据1处理（一个点目标）

测试数据：AirborneSAREcho_STRIP_Point1x1_AzChan1_Na3488_Nr1444.dat

重要参数

  1. ---------------仿真数据参数---------------
  2. 回波尺寸[Na x Nr]:3488 x 1444
  3. 雷达参数：
  4. 	信号波长：0.0500 m
  5. 	信号带宽：100.0000 MHz
  6. 	信号脉宽：10.0000 us
  7. 	信号调频率：10000000000000.0000 Hz/s
  8. 	信号采样率：133.0000 MHz
  9. 	脉冲重复频率：3500.0000 Hz
  10. 	采样时延：0.0002 us
  11. 天线参数：
  12. 	方位向孔径：6.0000 m
  13. 	距离向孔径：3.0000 m
  14. 	方位向通道数：1
  15. 	距离向通道数：1
  16. 	下视角：45.0000 deg
  17. 	斜视角：0.0000 deg
  18. 平台参数：
  19. 	飞行速度：7000.0000 m/s
  20. 	场景近距：499137.8149 m

测试主函数：SARImageCSA_SimuDataMain.m

  1. %
  2. clear all;
  3. close all;
  4.  
  5. %% 常数
  6. Vc = 299792458;                % 光速
  7. ET = pi/180;
  8.  
  9. %% 读取回波数据
  10. echoDataPath = 'D:\EchoData\';
  11. echoDataName = [echoDataPath 'AirborneSAREcho_STRIP_Point1x1_AzChan1_Na3488_Nr1444.dat'];
  12. fprintf('回波数据路径:%s\n', echoDataName);
  13. ReadSimulatedEchoData;
  14.  
  15. %% 成像处理
  16. param.sampleRate = sampleRate;
  17. param.Rnear = Rnear;
  18. param.chirpRate = chirpRate;
  19. param.prf = prf;
  20. param.lambda = lambda;
  21. param.Vst = Vst;
  22. param.Fdc = 2*Vst/lambda * sin(squintAngle);
  23.  
  24. sig_image = SARImageCSA1(sig_echo, param, 1);
  25.  
  26. %% 图像输出
  27. figure, set(gcf, 'color', 'white');
  28. imagesc(abs(sig_image))
  29. colormap(gray); 
  30. xlabel('Range'); ylabel('Azimuth');
  31.  
  32. %%
  33. sliceSize = 32;
  34. interpNum = 16;
  35. pointSize = 512;
  36. [Radiopara, Rgpara, Azpara] = ...
  37.     SARImageFocusedQuality1(sig_image, prf, sampleRate, Vst, sliceSize, interpNum);
  38. fprintf('\n\n切片峰值： %f； 能量： %f； 坐标：[%d, %d]\n', Radiopara.peakVal, ...
  39.     Radiopara.pow, Radiopara.posa, Radiopara.posr);
  40. fprintf('------- 距离向指标 -------\n');
  41. fprintf('峰值： %8.2f ',Rgpara.max);
  42. fprintf('   分辨率： %4.3f', Rgpara.res);
  43. fprintf('   峰值旁瓣比：%5.3f', Rgpara.PSLR);
  44. fprintf('  积分旁瓣比：%5.3f\n', Rgpara.ISLR);
  45. fprintf('------- 方位向指标 -------\n');
  46. fprintf('峰值： %8.2f ',Azpara.max);
  47. fprintf('   分辨率： %4.3f', Azpara.res);
  48. fprintf('   峰值旁瓣比：%5.3f', Azpara.PSLR);
  49. fprintf('  积分旁瓣比：%5.3f\n', Azpara.ISLR);
  50. fprintf('\n\n')

程序运行后，每一步结果如下所示：

原始回波数据（实部）

方位向FFT

Chirp变标

距离向FFT

距离向压缩

距离向IFFT

方位向压缩

方位向IFFT

图像指标

机载斜视SAR模型CSA2

本方法对应的Matlab程序可以在下面的连接中下载

SARImageCSA2_release.zip-图像处理文档类资源-CSDN下载针对SAR斜视模型的CS成像处理算法更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/smyounger/85366931

程序接口

  1. CS成像处理算法-机载斜视，优化处理过程，提高处理效率
  2.   调用方式：sig_image = SARImageCSA2(sig_echo, param, showimg_flag)
  3.   输入参数：
  4.     sig_echo：复回波数据
  5.     param:成像处理参数
  6.           param.sampleRate：采样率，单位Hz
  7.           param.Rnear：图像近距， 单位m
  8.           param.chirpRate：调频率，单位Hz/s，注意正负号
  9.           param.prf：PRF，单位Hz
  10.           param.lambda：信号波长，单位m
  11.           param.Vst：平台速度，单位m/s
  12.           param.Fdc：多普勒中心，单位Hz
  13.           param.squintAngle:斜视角，单位rad,前斜视为正
  14.     showimg_flag：是否显示每一步的处理结果，0-不显示，1-显示
  15.   输出参数
  16.     sig_image：复图像

仿真数据1处理（一个点目标）

测试数据：AirborneSAREcho_STRIP_Point1x1_AzChan1_Na3488_Nr1444.dat

重要参数：

  1. ---------------仿真数据参数---------------
  2. 回波尺寸[Na x Nr]:3488 x 1444
  3. 雷达参数：
  4. 	信号波长：0.0500 m
  5. 	信号带宽：100.0000 MHz
  6. 	信号脉宽：10.0000 us
  7. 	信号调频率：10000000000000.0000 Hz/s
  8. 	信号采样率：133.0000 MHz
  9. 	脉冲重复频率：3500.0000 Hz
  10. 	采样时延：0.0002 us
  11. 天线参数：
  12. 	方位向孔径：6.0000 m
  13. 	距离向孔径：3.0000 m
  14. 	方位向通道数：1
  15. 	距离向通道数：1
  16. 	下视角：45.0000 deg
  17. 	斜视角：0.0000 deg
  18. 平台参数：
  19. 	飞行速度：7000.0000 m/s
  20. 	场景近距：499137.8149 m

测试主函数：SARImageCSA_SimuDataMain.m

  1. %
  2. clear all;
  3. close all;
  4.  
  5. %% 常数
  6. Vc = 299792458;                % 光速
  7. ET = pi/180;
  8.  
  9. %% 读取回波数据
  10. echoDataPath = 'D:\EchoData\';
  11. echoDataName = [echoDataPath 'AirborneSAREcho_STRIP_Point1x1_AzChan1_Na3488_Nr1444.dat'];
  12. fprintf('回波数据路径:%s\n', echoDataName);
  13. ReadSimulatedEchoData;
  14.  
  15. %% 成像处理
  16. param.sampleRate = sampleRate;
  17. param.Rnear = Rnear;
  18. param.chirpRate = chirpRate;
  19. param.prf = prf;
  20. param.lambda = lambda;
  21. param.Vst = Vst;
  22. param.Fdc = 2*Vst/lambda * sin(squintAngle);
  23. param.squintAngle = squintAngle;
  24.  
  25. sig_image = SARImageCSA2(sig_echo, param,);
  26.  
  27. %% 图像输出
  28. figure, set(gcf, 'color', 'white');
  29. imagesc(abs(sig_image))
  30. colormap(gray); 
  31. xlabel('Range'); ylabel('Azimuth');
  32.  
  33. %%
  34. sliceSize = 32;
  35. interpNum = 16;
  36. pointSize = 512;
  37. [Radiopara, Rgpara, Azpara] = ...
  38.     SARImageFocusedQuality1(sig_image, prf, sampleRate, Vst, sliceSize, interpNum);
  39. fprintf('\n\n切片峰值： %f； 能量： %f； 坐标：[%d, %d]\n', Radiopara.peakVal, ...
  40.     Radiopara.pow, Radiopara.posa, Radiopara.posr);
  41. fprintf('------- 距离向指标 -------\n');
  42. fprintf('峰值： %8.2f ',Rgpara.max);
  43. fprintf('   分辨率： %4.3f', Rgpara.res);
  44. fprintf('   峰值旁瓣比：%5.3f', Rgpara.PSLR);
  45. fprintf('  积分旁瓣比：%5.3f\n', Rgpara.ISLR);
  46. fprintf('------- 方位向指标 -------\n');
  47. fprintf('峰值： %8.2f ',Azpara.max);
  48. fprintf('   分辨率： %4.3f', Azpara.res);
  49. fprintf('   峰值旁瓣比：%5.3f', Azpara.PSLR);
  50. fprintf('  积分旁瓣比：%5.3f\n', Azpara.ISLR);
  51. fprintf('\n\n')

程序运行后，每一步结果如下所示：

原始回波数据（实部）

变标因子相乘

距离压缩

方位压缩

图像指标

仿真数据2处理（一个点目标，斜视）

测试数据：AirborneSAREcho_STRIP_Point1x1_AzChan1_Na5440_Nr2338.dat

重要参数：

  1. ---------------仿真数据参数---------------
  2. 回波尺寸[Na x Nr]:5440 x 2338
  3. 雷达参数：
  4. 	信号波长：0.0500 m
  5. 	信号带宽：180.0000 MHz
  6. 	信号脉宽：10.0000 us
  7. 	信号调频率：18000000000000.0000 Hz/s
  8. 	信号采样率：150.0000 MHz
  9. 	脉冲重复频率：4500.0000 Hz
  10. 天线参数：
  11. 	方位向孔径：4.0000 m
  12. 	距离向孔径：3.0000 m
  13. 	方位向通道数：1
  14. 	距离向通道数：1
  15. 	下视角：30.0000 deg
  16. 	斜视角：5.0000 deg
  17. 平台参数：
  18. 	飞行速度：7000.0000 m/s
  19. 	场景近距：500222.9703 m

测试主函数：SARImageCSA_SimuDataMain.m

程序运行后，每一步结果如下所示：

原始回波数据（实部）

变标因子相乘

距离压缩

方位压缩

图像指标

RadarSat-1数据（光盘）

        《合成孔径雷达成像算法与实现》一书附带光盘提供了RadarSat-1的数据，这里使用本文设计的斜视CSA软件处理光盘数据。成像使用的参数如下所示。

  1. % 雷达参数
  2. C = 2.9979e8;                                                               % 光速
  3. f0 = 5.3e9;                                                                 % 中心频率
  4. lambda = C/f0;                                                              % 波长
  5. % 飞行平台
  6. V = 7062;                                                                   % 平台速度
  7. % 距离向
  8. Kr = -0.72135e12;                                                           % 调频率
  9. Tr = 41.75e-6;                                                              % 脉冲持续时间
  10. Fr = 32.317e6;                                                              % 距离向采样率
  11. dtau = 1/Fr;                                                                % 距离向采样时间间隔
  12. % 方位向
  13. Ka = 1733;                                                                  % 方位向调频率
  14. Fa = 1256.98;                                                               % 方位向采样率
  15. fc = -7050;                                                                 % 多普勒中心频率
  16. deta = 1/Fa;                                                                % 距离向采样时间间隔
  17. % 其他参数
  18. t0 = 6.5956e-3;                                                             % 获取数据时间
  19. R0 = t0*C/2;                                                                % 最短斜距

读取其中一块回波数据后，绘制信号频谱，如下图所示。距离谱为什么这么离谱，难道信号频谱就是这样？

         使用CSA2处理后，得到的单视幅度图像如下图所示，由于没有对回波的方位向和距离向不满足全分辨的像素进行裁剪，所以图像有明显的混叠。

上述数据处理的代码可通过本文提供的连接下载的连接获取。 相关数据，读者可购买正版光盘获取。

RadarSat_1DataPro_release.zip-图像处理文档类资源-CSDN下载CS成像处理算法，RadarSat-1数据处理程序，matlab更多下载资源、学习资料请访问CSDN下载频道.https://download.csdn.net/download/smyounger/85366604

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