ОБЗОР АЛГОРИТМА МАСШТАБИРОВАНИЯ ЧИРПА

OVERVIEW OF THE CHIRP SCALING ALGORITHM

Malyshev Igor Yurievich

Student, Department of Advanced Technology, MIREA - Russian Technological University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В тексте описывается принцип работы и основные характеристики алгоритма масштабирования Чирпа (Chirp Scaling Algorithm, CSA), применяемого в радиолокационных системах с синтезированной апертурой (SAR). Алгоритм основан на умножении двумерного массива данных (дальность-азимут) на эталонную чирп-функцию для коррекции фазовых искажений и миграции по дальности (RCMC) без использования интерполяции. Рассматриваются ключевые этапы обработки данных, включая операции быстрого преобразования Фурье (БПФ/ОБПФ) и компенсацию кривизны фазового фронта.

ABSTRACT

The text describes the principle of operation and the main characteristics of the Chirp Scaling Algorithm (CSA) used in synthetic aperture radar systems (SAR). The algorithm is based on multiplying a two-dimensional array of data (range-azimuth) by a reference chirp function to correct phase distortion and range migration (RCMC) without using interpolation. The key stages of data processing are considered, including fast Fourier transform (FFT/FFT) operations and phase edge curvature compensation.

Ключевые слова: алгоритм масштабирования Чирпа, синтезированная апертура, миграция по дальности, быстрое преобразование Фурье, фазовая коррекция.

Keywords:  chirp scaling algorithm, synthesized aperture, range migration, fast Fourier transform, phase correction.

Принцип работы алгоритма масштабирования Чирпа: умножение двумерной матрицы по дальности и азимуту на эталонную функцию масштабирования (chirp scaling).

Алгоритм масштабирует частоту сигналов радара, что помогает исправить ошибки в данных. Это делает изображения более чёткими и точными. Структура алгоритма включает операции по компенсации фазы и быстрому преобразованию Фурье (FFT) [1]. Интерполяция для коррекции миграции ячеек диапазона (RCMC) в CSA не используется — для этого применяются только сложные умножения и преобразования Фурье.

Метод используется в синтетическом радаре с синтетической апертурой (SAR) для создания детальных изображений [2].

Шаги:

Умножение на функцию Чирпа-Скалирования в области "дальность-азимут".

• Сжатие по азимуту (БПФ по азимуту).
• Компенсация кривизны фазового фронта и миграции по дальности.
• Сжатие по дальности (ОБПФ по дальности).

Преимущества алгоритма: Высокая вычислительная эффективность, отсутствие интерполяции.

Основной недостаток алгоритма заключается в том, что предполагается постоянство допплеровской частоты для всех целей в одной дальностной полосе, что не всегда верно для очень широких полос обзора или больших высот. Кроме того, точность алгоритма падает для систем с очень большой синтезированной апертурой (например, с разрешением лучше 0.5 м).

Таким образом, алгоритм масштабирования Чирпа представляет собой эффективный и вычислительно оптимальный метод обработки данных синтеза апертуры. Алгоритм является предпочтительным выбором для многих стандартных задач обработки данных алгоритма синтеза апертуры, но требует модификации в специфических или особо требовательных условиях съёмки.

Список литературы:

1. Нуссбаумер, Г. Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления свёрток / Г. Нуссбаумер. — М. : Радио и связь, 1985. — 248 с.
2. FPGA Implementation of the Chirp-Scaling Algorithm for Real-Time Synthetic Aperture Radar Imaging / A. M. H. et al. // PMC PubMed Central. — 2023. — URL: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9864014/ (дата обращения: 08.01.2026).