一種基于級數(shù)反演的機載圓跡環(huán)掃SAR成像方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于級數(shù)反演的機載圓跡環(huán)掃SAR成像方法，采用的技術(shù)方案是：a.首先對回波信號做二維FFT得到二維頻譜；b.得到二維頻譜對距離徙動項，距離調(diào)制項，殘余相位項和距離調(diào)制項進行補償；c.作距離IFFT，將信號變換至距離多普勒域并乘以方位匹配濾波函數(shù)完成方位脈沖壓縮；d.最后對信號作方位IFFT就可以得到聚焦后的SAR圖像。在平臺飛行高度較低、俯仰角不大、積累時間較長的情況下能夠獲得較好的成像效果。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及遙測遙感
的合成孔徑雷達(SAR)成像方法，尤其涉及機載圓跡環(huán)掃合成孔徑雷達(SAR)成像方法。
技術(shù)介紹
合成孔徑雷達(簡稱SAR)由于其全天時、全天候成像的能力，已經(jīng)廣泛地投入到軍用和民用產(chǎn)品中。傳統(tǒng)的SAR成像系統(tǒng)一般采用直線軌跡，出現(xiàn)了條帶、聚束、掃描等各種模式。相比于經(jīng)典的條帶模式，聚束模式的觀測區(qū)域較小，但是較長的觀測時間使其擁有相比于條帶模式更高的方位分辨率。掃描模式通過距離向上的掃描觀測增加了測繪帶寬度，但卻因此犧牲了方位向的分辨率。近年來一種新的廣域觀測圓跡環(huán)掃SAR(Circular Scanning SAR,以下簡稱圓跡環(huán)掃SAR為CSSAR)成像模式作為一個全新的研究熱點逐漸受到了更多的關(guān)注。在這種模式下，飛行平臺在一個固定的高度處作圓軌跡巡航運動，天線方向始終背朝巡航運動軌跡的圓心，因而天線發(fā)射的波束可以覆蓋一個環(huán)形的成像區(qū)域，類似于圓跡正側(cè)視條帶模式， 這種模式由于提高了其方位向上的掃描速度因而較之傳統(tǒng)的直線條帶模式擁有更大的成像區(qū)域，適合于進行快速的廣域成像。在SAR成像的處理過程中，回波信號二維頻譜的有效獲取對于設(shè)計快速頻域算法是至關(guān)重要的，由于CSSAR圓弧飛行軌跡的特殊性，由于其目標的斜距表達式的復雜性，直接使用POSP(駐相點法)難以推導信號二維頻譜的精確解析表達式。如何獲得信號的二維頻譜成為CSSAR算法設(shè)計的一個難點。針對CSSAR成像，文獻[孫兵，周蔭清，陳杰，等.廣域觀測圓軌跡環(huán)掃SAR成像模式研究[J].電子與信息學報，2008，30 (12) =2805-2808]在其二維頻譜的推導過程中對目標的斜距表達式進行了二階近似，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計成像算法，在平臺飛行高度較高，俯仰角較大，積累時間較短使得曲線影響可以忽略的情況下，該方法能夠獲得較好的成像結(jié)果。由于該方法采用的二階近似舍棄了高階斜距信息，因此在積累時間較長，分辨率要求較高的成像條件下，這種近似將引入較大的斜距近似誤差，使用其算法所得的二維頻譜會產(chǎn)生較大的誤差，導致目標成像質(zhì)量下降。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的提供一種適用性更廣的成像算法一種基于級數(shù)反演的園跡環(huán)掃 SAR成像方法，該方法先在二維頻域?qū)σ詧鼍盀橹行南鄬念l譜進行補償，再在距離多普勒域?qū)﹄S距離空變的相位差進行補償，提高了成像精度。實現(xiàn)上述目的采用的技術(shù)方案是a.首先對回波信號做二維FFT得到二維頻譜。b.得到二維頻譜對距離徙動項，距離調(diào)制項仏U)，殘余相位項和距離調(diào)制項仏U)進行補償。c.作距離IFFT，將信號變換至距離多普勒域并乘以方位匹配濾波函數(shù)完成方位4脈沖壓縮。d.最后對信號作方位IFFT就可以得到聚焦后的SAR圖像。本專利技術(shù)的一種基于級數(shù)反演的園跡環(huán)掃SAR成像方法具有如下有益效果在平臺飛行高度較低、俯仰角不大、積累時間較長的情況下能夠獲得較好的成像效果。附圖說明圖1是雷達作圓跡環(huán)掃SAR成像的幾何模型圖。圖2是成像算法流程圖。具體實施例方式下面結(jié)合圖I對本專利技術(shù)的技術(shù)方案進一步描述。圓跡環(huán)掃SAR的成像幾何關(guān)系如圖I所示。雷達平臺在高度為Hc的平面上以半徑&做圓形軌跡運動，平臺運動的角速度為ω，平臺旋轉(zhuǎn)運動的方位向慢時間(方位向慢時間表示相鄰兩波束發(fā)射間隔時間)為η，則飛行平臺轉(zhuǎn)過的角度為θ，Θ e [0，2π)，雷達平臺運動時，波束的指向始終與飛行速度方向垂直，波束的俯仰角為Θ P當雷達平臺旋轉(zhuǎn)飛行一周時，其波束照射的區(qū)域?qū)⑿纬梢設(shè)B為內(nèi)徑，OC為外徑的環(huán)形區(qū)域。設(shè)雷達平臺A的坐標為(racos Θ，rasin θ，H。)，以O(shè)點為圓心,半徑為rp,方位角為θ p的目標點P的坐標可以表示為(rpcos Θ p，rpsin θ p，O)，雷達A與目標P之間的瞬時距離為R( η)，利用余弦定理，可以得到以下關(guān)系Hctan Θ r = rp-ra(1)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于級數(shù)反演的機載圓跡環(huán)掃SAR成像方法，雷達平臺在距離目標所在平面高度為HC的平面上以半徑ra做圓形軌跡運動，平臺運動的角速度為ω，平臺旋轉(zhuǎn)運動的方位向慢時間(方位向慢時間表示相鄰兩波束發(fā)射間隔時間)為η，雷達平臺運動時，波束的指向始終與飛行速度方向垂直，目標點P離雷達平臺的運動圓形軌跡在目標點所在平面的投影的中心點距離為rp，雷達發(fā)射信號為線性調(diào)頻LFM信號，脈沖寬度為Tp，調(diào)頻率為γ，σp為散射系數(shù)，ar(t)和aa(η)分別為雷達線性調(diào)頻LFM信號的距離向時域包絡(luò)函數(shù)和方位向時域包絡(luò)函數(shù)，c為光速，λ為雷達線性調(diào)頻LFM信號的中心頻率所對應的波長，fc為載頻，fτ為距離向頻率，fη為多普勒頻率；其特征在于成像方法按以下步驟完成：a).計算Rcen=Hc2+(rp-ra)2;b).計算k2=rarpω2Rcen,k4=-rarpω412Rcen-ra2rp2ω44Rcen3;c).用FFT求ar(t)的時域向頻域變換得距離向頻率包絡(luò)Ar(fτ)，Ar(fτ)＝FFT[ar(t)]；d).用FFT求aa(η)的時域向頻域變換得方位向頻率包絡(luò)Aa(fη)，Aa(fη)＝FFT[aa(η)]；e).計算f).計算g).計算SA(fτ，fη)＝σpAr(fτ)Aa(fη)·exp(jθc)；h).計算相位補償項H1(fτ,fη,R0)=expjπ·c4k2(fηfc)2-j3πk4c364k24(fηfc)4-jπ·c·fη24k2fc3+j3πk4c3fη432k24fc5+jπ·c·fη2fτ34k2fc3(fc+fτ)+jπk4c3fη464k24[1/(fc+fτ)-1/fc3+3fτ/fc4-6fτ2/fc5];i).計算SA(fτ，fη)＝SA(fτ，fη)·Hl(fτ，fη，R0)；j).計算距離IFFT，將信號變換至距離多普勒域，Gη(t，fη)＝IFFT[SA(fτ，fη)]；k).計算方位匹配濾波函數(shù)，H2(fη,Rcen)=exp(-jπ·c·fη24k2(Rcen)fc+jπ·k4(Rcen)·c3fη464k24(Rcen)·fc3);l).進行方位脈沖壓縮，Gη(t，fη)＝H2(fη，Rcen)Gη(t，fη)；m).計算方位IFFT就可以得到聚焦后的SAR圖像，G(t，η)＝IFFT[Gη(t，fη)]。FSA00000797081600014.tif,FSA00000797081600015.tif,FSA00000797081600016.tif,FSA00000797081600017.tif,FSA00000797081600018.tif,FSA00000797081600019.tif,FSA000007970816000110.tif...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于級數(shù)反演的機載圓跡環(huán)掃SAR成像方法，雷達平臺在距離目標所在平面高度為H。的平面上以半徑&做圓形軌跡運動，平臺運動的角速度為ω，平臺旋轉(zhuǎn)運動的方位向慢時間(方位向慢時間表示相鄰兩波束發(fā)射間隔時間)為H，雷達平臺運動時，波束的指向始終與飛行速度方向垂直，目標點P離雷達平臺的運動圓形軌跡在目標點所在平面的投影的中心點距離為rp，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邢孟道，廖軼，張磊，
申請(專利權(quán))人：西安電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：