合成孔徑雷達成像算法與實現（簡體書）

全書首先討論了合成孔徑雷達基礎知識，重點介紹SAR成像處理所涉及的信號處理理論、合成孔徑基本概念、合成孔徑雷達信號特徵分析等；接著討論SAR成像處理算法、實現及其比較，包括距離－多普勒算法、Chirp Scaling算法、ωK算法、SPECAN 算法等成像處理算法，此外還論述了寬成像帶ScanSAR工作模式的成像處理方法等；最後，本書討論了SAR成像處理算法中的重要輔助算法，即多普勒參數估計，包括多普勒中心估計和方位調頻率估計等。本書重視細節，強調算法的工程實現，並提供了數據和習題等，對專門從事SAR成像處理研究人員而言是一本操作性很強的書籍，同時也是一本出色的教學和培訓用書。

Ian G. Cumming，英屬哥倫比亞大學電子與計算機工程系教授。1977年加入MDA，進行SAR信號處理算法的研究（包括多普勒估計和自聚焦方法），並參與設計SEASAT，SIR-B，ERS-1/2，J-ERS-1，RADARSAT及多部機載雷達系統的SAR數字處理器算法。擔任MDA/NSERC雷達遙感方向的工業研究主席，所在的雷達遙感實驗室從事SAR處理、SAR數據編碼、星載SAR雙路干涉、機載SAR順軌干涉、極化雷達圖像分類及SAR多普勒估計等方面的研究。Frank H. Wong（黃熙熾）祖籍廣東新會。1977年加入MDA，曾從事Landsat和SPOT成像領域的工作，之後從事機載和星載SAR處理和多普勒估計工作。在英屬哥倫比亞大學雷達遙感實驗室長期講授圖像處理課程。

目錄
第一部分 合成孔徑雷達基礎
第1章 概論
1.1 合成孔徑雷達背景簡介
1.2 遙感中的雷達
1.3 SAR基礎
1.4 星載合成孔徑雷達傳感器
1.5 內容概要
1.5.1 星載合成孔徑雷達圖像示例
參考文獻

第2章 信號處理基礎
2.1 簡介
2.2 線性卷積
2.2.1 連續時間卷積
2.2.2 離散時間卷積
2.3 傅裡葉變換
2.3.1 連續時間傅裡葉變換
2.3.2 離散傅裡葉變換
2.3.3 傅裡葉變換性質
2.3.4 傅裡葉變換示例
2.4 卷積的離散傅裡葉變換計算
2.5 信號採樣
2.5.1 採樣信號的頻譜
2.5.2 信號類型
2.5.3 奈奎斯特采樣率和混疊
2.6 平滑窗
2.7 插值
2.7.1 sinc插值
2.7.2 插值核的頻譜
2.7.3 非基帶和複插值
2.8 點目標分析
2.9 小結
2.9.1 “麥哲倫號”獲得的金星坑圖像
參考文獻

第3章 線性調頻信號的脈衝壓縮
3.1 概述
3.2 線性調頻信號
3.2.1 時域表達
3.2.2 線性調頻脈衝的頻譜
3.2.3 調頻信號採樣
3.2.4 頻率和時間不連續性
3.3 脈衝壓縮
3.3.1 脈衝壓縮原理
3.3.2 線性調頻信號的時域壓縮
3.3.3 頻域匹配濾波器
3.3.4 窗效應
3.3.5 過采樣率重定義
3.4 匹配濾波器的實現
3.4.1 目標定位和匹配濾波器棄置區
3.5 調頻率失配
3.5.1 基帶信號中的失配影響
3.5.2 非基帶信號中的失配影響
3.5.3 濾波器失配和時間帶寬積
3.6 小結
3.6.1 ENVISAT/ASAR寬帶圖像
參考文獻
附錄3A 匹配濾波輸出的推導
附錄3B 相位失配誤差推導

第4章 合成孔徑的概念
4.1 概述
4.2 SAR幾何關係
4.2.1 術語定義
4.2.2 衛星地距幾何
4.2.3 衛星軌道幾何
4.3 距離方程
4.3.1 距離方程的雙曲線模型
4.3.2 速度與角度的關係
4.4 SAR距離向信號
4.4.1 發射脈衝
4.4.2 數據獲取
4.5 SAR方位向信號
4.5.1 什麼是SAR中的多普勒頻率
4.5.2 相干脈衝
4.5.3 PRF的選擇
4.5.4 方位向信號強度和多普勒歷程
4.5.5 方位向參數
4.6 二維信號
4.6.1 信號存儲器中的數據排列
4.6.2 解調後的基帶信號
4.6.3 SAR衝激響應
4.6.4 典型雷達參數值
4.7 SAR分辨率與合成孔徑
4.7.1 分辨率的帶寬推導
4.7.2 合成孔徑
4.8 小結
4.8.1 溫哥華島的窄幅ScanSAR圖像
參考文獻
附錄4A 近似雷達速度的推導
附錄4B 正交解調
附錄4C 合成孔徑的概念

第5章 SAR信號的性質
5.1 簡介
5.2 低斜視角情況下的信號頻譜
5.2.1 距離多普勒頻譜
5.2.2 二維頻譜
5.3 一般情況下的信號頻譜
5.3.1 距離向傅裡葉變換
5.3.2 方位向傅裡葉變換
5.3.3 距離向傅裡葉逆變換
5.4 方位混疊與多普勒中心
5.4.1 方位混疊和模糊的起因
5.4.2 多普勒中心
5.4.3 多普勒模糊
5.4.4 距離向的多普勒中心變化
5.5 距離徙動
5.5.1 距離徙動的分量
5.5.2 同一距離處的多個目標
5.5.3 目標軌跡捲繞
5.6 點目標示例
5.6.1 仿真參數
5.7 SAR處理算法初窺
5.7.1 時域匹配濾波
5.7.2 機載實時處理圖像
5.7.3 非聚焦SAR
5.7.4 更好的處理算法
5.8 小結
參考文獻
附錄5A 距離向/方位向的耦合
附錄5B 方位調頻率注釋

第二部分 SAR處理算法
第6章 距離多普勒算法
6.1 簡介
6.2 算法概述
6.3 低斜視角情況下的RDA
6.3.1 雷達原始數據
6.3.2 距離壓縮
6.3.3 方位向傅裡葉變換
6.3.4 距離徙動校正
6.3.5 殘餘距離徙動導致的展寬
6.3.6 方位壓縮
6.3.7 低斜視角情況下的RADARSAT-1圖像
6.4 大斜視角情況
6.4.1 斜視的處理改進
6.4.2 二次距離壓縮的實現
6.4.3 星載和機載中的二次距離壓縮方式
6.4.4 二次距離壓縮仿真試驗
6.4.5 機載L波段雷達圖像示例
6.5 多視處理
6.5.1 子視時頻關係
6.5.2 子視抽取、檢測及求和
6.5.3 等效視數
6.5.4 多視處理示例
6.5.5 調頻率誤差
6.5.6 多視處理圖像
6.6 小結
參考文獻

第7章 Chirp Scaling算法
7.1 介紹
7.1.1 Chirp Scaling算法概覽
7.2 Chirp Scaling原理
7.3 距離徙動校正中的Chirp Scaling
7.3.1 一致距離徙動校正和補餘距離徙動校正
7.3.2 距離徙動的精確表達
7.4 變標方程推導
7.4.1 補餘距離徙動量級示例
7.5 CSA處理細節
7.5.1 距離處理
7.5.2 方位處理
7.6 處理示例
7.6.1 點目標仿真處理
7.6.2 SRTM/X-SAR數據處理
7.7 小結
參考文獻

第8章 ωK算法
8.1 簡介
8.1.1 ωKA概述
8.2 參考函數相乘
8.3 Stolt插值
8.3.1 變量代換
8.4 對Stolt映射的理解
8.4.1 Stolt映射的組成部分
8.4.2 基於傅裡葉變換性質的理解
8.4.3 基於支持域的理解
8.4.4 基於成像幾何關係的理解
8.5 誤差分析
8.6 近似ωKA
8.6.1 近似項
8.6.2 與RDA和CSA的關係
8.6.3 近似ωKA的誤差討論
8.7 處理示例
8.7.1 完整ωKA仿真
8.7.2 近似ωKA
8.7.3 X波段機載聚束雷達圖像示例
8.8 小結
參考文獻
附錄8A 波數域的Stolt映射

第9章 SPECAN算法
9.1 簡介
9.1.1 SPECAN算法概述
9.2 SPECAN算法的推導
9.2.1 SPECAN的卷積推導
9.2.2 幾何解釋
9.2.3 混疊與快速傅裡葉變換長度
9.2.4 輸出採樣間隔
9.2.5 快速傅裡葉變換的有效輸出點數
9.2.6 後續快速傅裡葉變換位置
9.2.7 快速傅裡葉變換的輸出結果的拼接
9.3 多視處理
9.4 處理效率
9.5 距離徙動校正
9.5.1 時域線性距離徙動校正
9.5.2 數據傾斜與校直
9.6 相位補償
9.7 關於圖像質量的一些問題
9.7.1 拼接點處的頻率間斷
9.7.2 方位調頻率誤差
9.7.3 扇貝輻射效應
9.8 處理示例
9.8.1 仿真點目標
9.8.2 SPECAN算法處理出的ERS圖像
9.9 小結
參考文獻

第10章 ScanSAR數據處理
10.1 簡介
10.2 ScanSAR數據獲取
10.3 單一Burst中的目標壓縮
10.4 全孔徑處理算法
10.5 SPECAN算法
10.6 改進的SPECAN算法
10.6.1 算法概述
10.6.2 SRTM處理示例
10.7 SIFFT算法
10.8 ECS算法（ECSA）
10.9 Burst圖像拼接
10.10 小結
10.10.1 RADARSAT-1的ScanSAR圖像
參考文獻

第11章 算法比較
11.1 簡介
11.2 算法精度回顧
11.2.1 RDA
11.2.2 CSA
11.2.3 ωKA
11.3 處理功能對比
11.3.1 距離方程形式
11.3.2 方位匹配濾波器的實現
11.3.3 距離徙動校正的實現
11.3.4 二次距離壓縮實現
11.4 處理誤差概述
11.4.1 方位匹配濾波器中的二次相位誤差
11.4.2 二次距離壓縮中的二次相位誤差
11.4.3 殘餘距離徙動
11.4.4 處理誤差量級示例
11.5 計算開銷
11.5.1 基本算法運算
11.5.2 RDA
11.5.3 CSA
11.5.4 ωKA
11.6 算法利弊
11.6.1 RDA利弊
11.6.2 CSA利弊
11.6.3 ωKA利弊
11.7 小結
11.7.1 墨西拿海峽的ASAR圖像

第三部分 多普勒參數估計
第12章 多普勒中心估計
12.1 簡介
12.1.1 多普勒中心頻率
12.1.2 星載SAR幾何
12.1.3 本章概述
12.2 多普勒中心精度要求
12.2.1 基帶中心的精度要求
12.2.2 多普勒模糊的精度要求
12.3 多普勒中心的幾何計算
12.3.1 多普勒中心計算示例
12.3.2 偏航角和俯仰角控制
12.4 基於接收數據的基帶中心估計
12.4.1 基於幅度的估計方法
12.4.2 基於相位的估計方法
12.5 基於接收數據的多普勒模糊估計
12.5.1 基於幅度的DAR估計方法
12.5.2 基於相位的DAR估計方法
12.5.3 多波長算法
12.5.4 多視互相關法
12.5.5 多視差頻法
12.5.6 PRF變調法
12.5.7 DAR算法比較
12.6 全域估計原理
12.6.1 空間變化檢測
12.6.2 估計器質量檢測
12.7 曲面擬合法
12.7.1 全域多項式曲面擬合
12.7.2 基於幾何模型的全域擬合
12.7.3 自動擬合過程
12.8 小結
參考文獻
附錄12A 多普勒計算詳細步驟
附錄12B DAR算法中的偏移頻率

第13章 方位調頻率估計
13.1 簡介
13.2 方位調頻率精度要求
13.3 方位調頻率的幾何計算模型
13.4 方位線性調頻率的數據估計
13.4.1 最大對比度法
13.4.2 視錯位法
13.4.3 基於相位的自聚焦方法
13.5 小結
13.5.1 一部小型SAR系統――MiSAR
參考文獻
附錄A RADARSAT-1數據
縮略語對照表
符號表
參考書目
索引