SAR距离多普勒RD成像算法仿真系统

资 源 简 介

该项目实现了合成孔径雷达(SAR)领域中最基础且经典的距离多普勒成像处理流程。系统首先通过建立空间几何模型产生雷达原始回波数据，模拟线性调频信号(LFM)在斜距方向上的传播与反射过程。核心功能涵盖了完整的信号处理链：第一阶段为距离向压缩，利用快速卷积和匹配滤波技术在频域实现脉冲压缩，获取高距离分辨率；第二阶段为距离徙动校正(RCMC)，在距离多普勒域通过Sinc插值等手段修正由于平台运动导致的距离随时间变化的偏移，确保同一目标的能量能够归位到同一距离单元；第三阶段为方位向压缩，通过对多普勒信号进行匹配滤波

详 情 说 明

SAR距离多普勒(RD)成像算法仿真系统

项目介绍

本系统是一个基于MATLAB开发的合成孔径雷达（SAR）距离多普勒（Range-Doppler, RD）成像算法仿真平台。系统模拟了SAR从原始回波产生到图像重建的完整物理过程和信号处理流水线。通过建立精确的雷达-目标空间几何模型，系统能够演示线性调频信号（LFM）的收发原理、距离向脉冲压缩、距离徙动校正以及方位向合成孔径聚焦等关键技术细节。

功能特性

1. 多目标场景模拟：支持配置包含多个点目标的复杂阵列场景，通过参数化设置目标的反射系数、方位向坐标和距离向坐标。
2. 完整的RD处理链：实现了标准RD算法的所有核心环节，包括距离压缩、距离多普勒域转换、距离徙动校正（RCMC）及方位向压缩。
3. 亚像素级校正：在RCMC阶段利用频域线性移位原理实现精确的距离向位移补偿。
4. 物理特性演变展示：通过四阶段可视化图表，直观呈现回波能量从原始“弧形”弥散状态到最终点状聚焦态的演变过程。
5. 自动化性能评估：系统自动计算并对比理论分辨率与仿真测量分辨率，输出3dB带宽展宽等关键质量指标。

实现逻辑分析

1. 场景建模与参数推导

系统以C波段（5.3GHz）为中心频率，预设了雷达平台的高度（5000m）、飞行速度（150m/s）以及场景中心斜距（10000m）。通过解析推算，确定了方位向调频斜率、相干时间（合成孔径时间）以及多普勒带宽，为后续的信号采样和滤波器设计提供物理依据。

2. 原始回波数据生成

系统采用二维几何模型，循环处理每一个预设的目标点。针对每个脉冲时刻，通过计算瞬时斜距得到时延偏移。生成的基带信号考虑了距离向的LFM调频特性以及方位向的天线方向图增益（简化为矩形窗模型），最终将多个目标的反射信号叠加形成复杂的二维原始回波矩阵。

3. 距离压缩处理

该模块在频域实现。通过对原始数据进行一维快速傅里叶变换（FFT），与共轭处理后的参考函数（距离向匹配滤波器）进行频域乘积，再经逆傅里叶变换（IFFT）回到时域，从而利用脉冲压缩技术实现高距离分辨率。

4. 距离徙动校正 (RCMC)

这是RD算法的关键步骤。由于平台运动，同一目标的斜距随方位时刻呈抛物线变化。系统首先通过方位向FFT转换到距离多普勒域。在该域中，系统计算每一条多普勒频率对应的距离漂移量。为了实现高精度的位移补偿，系统利用频域相移定理（即通过给频谱乘以线性相位偏移的方式）模拟时域的Sinc插值，将能量修正到同一距离单元中。

5. 方位向压缩

在完成RCMC的距离多普勒域中，利用方位向匹配滤波器对信号进行聚焦处理。该滤波器基于方位调频斜率构建，通过在多普勒域进行矢量乘积后执行方位向IFFT，实现合成孔径的物理过程，获取高方位分辨率。

6. 数据可视化与结果评估

系统最终生成四幅图像：原始回波幅度图、距离压缩图、RCMC校正后的RD域图以及dB尺度下的最终成像图。评估模块提取中心目标的切片数据，利用16倍样条插值提高测量精度，计算3dB展宽所占的采样点数，并与理论分辨率 $La/2$ 及 $C/(2Bw)$ 进行对比。

关键算法细节

• 方位向频率轴：基于正脉冲重复频率（Prf）及其对应的频率范围构建方位频率。
• 位移定理纠偏：在RCMC过程中，位移量 $delta_R$ 被转换为距离单元单位，通过 $exp(j * 2 * pi * f * dt)$ 的形式在频域进行补偿，避免了直接插值带来的重采样误差。
• 匹配滤波器构造：距离向采用时间轴构造参考信号，方位向则直接在多普勒频率轴上构造匹配相位函数。

系统要求

• 软件运行环境：MATLAB R2016a 或更高版本。
• 必备工具箱：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。
• 硬件建议：为了保证FFT计算效率，建议配置4GB及以上可用运行内存。

使用方法

1. 启动MATLAB软件。
2. 在编辑器中打开仿真文件。
3. 修改代码开头的 Target_Pos 矩阵可以自由调整目标的个数与空间分布。
4. 修改平台速度 V 或带宽 Bw 等参数可以观察其对分辨率的影响。
5. 直接运行脚本，系统将自动生成处理过程图并在命令行窗口打印性能评估报告。