一種在大斜視sar成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法
2023-09-10 09:24:50
一種在大斜視sar成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法
【專利摘要】本發明涉及一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，步驟如下：步驟100，對回波數據補償距離走動、校正距離彎曲並且完成二次距離壓縮，得到距離向壓縮過的雙時域信號；步驟101，利用參考函數Sdechirp(t)在方位時域對距離壓縮過的數據進行解線頻調處理；步驟102，對方位向數據進行FFT變換將數據由方位時域變換到方位頻域；步驟103，利用最大能量法在每個距離門選擇一個特顯點，估計出該點的方位向位置然後根據計算每個特顯點的補償函數Scomp(t)；步驟104，加窗，保留每個距離門中的選取的特顯點的主要模糊寬度內的數據，捨棄對都卜勒調頻率估計沒有貢獻的數據；步驟105，逆傅立葉變換，並在方位時域補償空變相位；步驟106，利用經典的MD算法估計都卜勒調頻率。
【專利說明】—種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達【技術領域】，具體的說是一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法。
【背景技術】
[0002]合成孔徑雷達(SAR)通過相干積累回波數據而合成一個大的孔徑來獲得高解析度圖像。它具有全天候(大雨天除外)、全天時、獨立的距離向解析度和遠距離、寬測繪帶成像的特點，可以顯著提高雷達的信息獲取能力。合成孔徑雷達按波束中心指向不同一般可以分為正側視模式和斜視模式。在大斜視角SAR成像模式下，天線波束中心與正側視方向成大角度指向成像場景區，因此，大斜視角模式對於地面目標探測和識別具有很高的潛力。但是，由於在斜視模式下天線波束中心偏離正側視方向，所以相比於正側視模式，大斜視模式具有更嚴重的距離走動。在正側視模式中，回波數據的距離向和方位向是正交的，但隨著斜視角的增加，距離向和方位向之間的正交性程度也隨之下降。針對斜視SAR成像，已經提出了大量的成像算法，包括有ω-k算法、線頻調變標(CS)算法、擴展的CS算法和非線性CS算法等。所有的這些算法都是直接處理原始的斜視數據併集中分析了斜視數據頻譜的特徵。然而，由於大帶寬和大斜視角的方位向需要更高的採樣率，在圖像處理時一個二維斜視頻譜需要大的PRF和額外的計算量。最近，有學者提出了一種新穎的「斜視最小化」方法，它通過在方位時域補償距離走動而提高了距離向與方位向之間的正交性。相比於NCS算法，新提出的這個方法在大斜視角情況下(比如說斜視角超過50° )表現的更好些，並且由於計算量更少，該算法非常適合於實時處理。儘管「斜視最小化」方法提高了方位向和距離向之間的正交性，這種方法卻引起了方位向空變散焦的問題，它是由於在方位時域補償距離走動而引起的。在理想條件下，提出的方位向非線性線頻調變標算法(ANCS)可以用來解決方位向空變相位散焦問題。在大斜視情況下，運動誤差會嚴重影響圖像質量。在許多情況下，SAR系統不包括可以記錄用於計算載機位置的輔助數據的GPS和INS系統，因此，在正側視條帶模式和小斜視條帶模式中，可以通過將方位向數據分成幾個重疊的子孔徑(severaloverlapped subapertures)以追蹤方位瞬時都卜勒調頻率偏移來從原始數據中提取視線向的移位和前向速度從而估計出運動誤差。經典的都卜勒調頻率估計算法如圖像偏置(MD)和相位差異(the phase difference)算法等均假定在方位向存在一個一致的(相同的)非空變都卜勒調頻率與理論值的偏移量。但是，由於斜視最小化操作引入的方位向空變相位嚴重影響了方位向瞬時調頻率的估計精度，因此MD算法不能直接用於大斜視角的情況。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是應用MD算法的思想，提出一種經過補償空變相位後再對都卜勒調頻率進行估計的在SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，以解決在大斜視角SAR成像模式下由於方位向存在空變相位誤差而無法精確估計都卜勒調頻率的問題，從而使補償空變相位後的特顯點的都卜勒調頻率得到精確的估計。
[0004]實現本發明的技術是:一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:包括如下步驟:
[0005]步驟100，對回波數據補償距離走動、校正距離彎曲並且完成二次距離壓縮，得到距離向壓縮過的雙時域信號；
[0006]步驟101，利用參考函數Sdectop (t)在方位時域對距離壓縮過的數據進行解線頻調處理；
[0007]步驟102，對方位向數據進行FFT變換將數據由方位時域變換到方位頻域；
[0008]步驟103，利用最大能量法在每個距離門選擇一個特顯點，估計出該點的方位向位
置f，然後根據Ia計算每個特顯點的補償函數Sramp (t)；
[0009]步驟104，加窗，保留每個距離門中的選取的特顯點的主要模糊寬度內的數據，捨棄對都卜勒調頻率估計沒有貢獻的數據；
[0010]步驟105，逆傅立葉變換，並在方位時域補償空變相位；
[0011]步驟106，利用經典的MD算法估計都卜勒調頻率。
[0012]所述的步驟100包括過程得到距離向壓縮過的雙時域信號:
[0013]斜視SAR的回波方程式為:
[0014]
【權利要求】
1.一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:包括如下步驟: 步驟100，對回波數據補償距離走動、校正距離彎曲並且完成二次距離壓縮，得到距離向壓縮過的雙時域信號； 步驟101，利用參考函數Sdectop(t)在方位時域對距離壓縮過的數據進行解線頻調處理； 步驟102，對方位向數據進行FFT變換將數據由方位時域變換到方位頻域； 步驟103，利用最大能量法在每個距離門選擇一個特顯點，估計出該點的方位向位置I,，然後根據}汁算每個特顯點的補償函數Sramp (t)； 步驟104，加窗，保留每個距離門中的選取的特顯點的主要模糊寬度內的數據，捨棄對都卜勒調頻率估計沒有貢獻的數據； 步驟105，逆傅立葉變換，並在方位時域補償空變相位； 步驟106，利用經典的MD算法估計都卜勒調頻率。
2.根據權利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:所述的步驟100包括過程得到距離向壓縮過的雙時域信號: 斜視SAR的回波方程式為:
3.根據權利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:所述的步驟101利用參考函數Sdectop(t)在方位時域對距離壓縮過的數據進行解線頻調處理包括: 散射點的距離可以用以下式子估計:
R=Rn+Xnsin Θ 根據上面的式子，距離估計由兩部分組成，也就是散射點的實際斜距Rn和誤差項XnSin Θ，這兩項說明了在斜視模式中只有Xn為零時距離估計才是準確的，在小斜視SAR中，XnSin Θ的值對於方位散焦是足夠小的，在大斜視SAR中，隨著斜視角的增大，XnSin Θ的值也隨之增大，造成了方位向的散焦； 在MD算法中，方位向數據可以用下面式子做解線頻調處理:
4.根據權利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:所述的步驟102對方位向數據進行FFT變換將數據由方位時域變換到方位頻域包括如下過程； 對式(5)進行FFT變換為:
5.根據權利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:所述的步驟103利用最大能量法在每個距離門選擇一個特顯點，估計出該點的方位向位置然後根據i汁算每個特顯點的補償函數Sramp (t)包括: 利用最大能量法選出一個特顯點為:
6.根據權利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:所述的步驟105，進行逆傅立葉變換，並在方位時域補償空變相位包括:將方位頻域數據經FFT變換到方位時間域利用步驟四計算出的補償函數S_p(t)來補償每個特顯點的空變相位誤差，使得在選擇的特顯點中形成一致的都卜勒調頻率偏移。
7.根據權利要求1所述的一種在大斜視SAR成像模式下對都卜勒調頻率進行精確估計的方法，其特徵是:所述的步驟106，利用經典的MD算法估計都卜勒調頻率包括:將方位向數據分成兩個子孔徑，對每個子孔徑做FFT，計算兩圖像間的相對移位；基於得到的偏移可以計算出都卜勒調頻率偏移，然後再重新從步驟101開始進行。
【文檔編號】G01S13/90GK103675815SQ201310463052
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】唐禹, 邢孟道, 徐宗志, 徐興旺 申請人:西安電子科技大學