機載聚束式sar的高效成像處理方法
2023-05-29 21:18:51 2
專利名稱：機載聚束式sar的高效成像處理方法
技術領域：
本發明涉及一種雷達信號處理技術，具體涉及一種適用於小場景成像的高解析度雷達的回波數據處理方法。
背景技術：
目前在雷達成像領域，合成孔徑雷達成為研究熱點，按照常用的成像模式，合成孔徑雷達可分為條帶式、聚束式和掃描式。相比於其它成像模式，聚束式SAR的解析度比較高，一般適用於小場景成像，特別是對某個目標進行成像。隨著科學技術的發展，在現代電子戰爭中，需要對目標進行跟蹤並精確成像，因此研究聚束式SAR成像算法對於國防發展具有重要的意義。至今聚束式SAR的成像算法已有很多，可完成對目標的精確成像，但是算法過於複雜，數據處理的時間過長，在實際的電子戰中，實時性在很大程度上決定著戰鬥的勝負， 對於小場景成像區域，本文考慮到基於實際系統中實時成像的要求，採用了一種步驟簡單、 運算量小的成像算法，這種方法可實現對目標的實時成像，是聚束式SAR的高效處理方法。
發明內容
本發明的目的是為了適應現代電子戰爭中實時性的需要，提供了一種步驟簡單、 計算量小、容易實現的聚束式SAR的成像處理方法。本發明的目的是這樣實現的整個雷達對目標成像的工作過程為首先雷達發射電磁波信號，信號在傳播過程中經目標反射後被雷達接收機接收，接著採用相應的成像算法來完成對目標的成像。對於聚束式的成像模式，有多種成像算法，分別是距離都卜勒算法、極坐標格式算法，波數域算法、距離徙動算法、頻率變標算法，這些算法基本滿足各領域的應用需求，但在電子戰爭中， 實時性是決定戰爭勝利的關鍵因素，這些算法過於複雜，數據處理的時間過長，不能夠滿足實時性的要求。本發明提出的算法只需兩次複數乘法運算和兩次傅立葉變換即可完成對目標的成像，是一種簡單、快速、高效的成像方法。數據處理過程為首先對信號進行解線性調頻處理，使回波信號在距離向和方位向上都變為單頻信號分量的和，頻率值大小與目標點的位置有關，然後確定信號的頻率值即可確定點目標的位置。接著對信號進行距離向上的傅立葉變換，此時距離頻率值可被確定，即能夠確定點目標在距離向上的位置。由於採用解線性調頻處理後引入了殘餘視頻相位項，它會使不同頻率分量產生不同距離時間的延遲，等效於在距離頻域內引入了一個相位，因此需要去除掉。最後對信號進行方位向上的傅立葉變換即可完成對目標的成像過程。本發明的核心技術為解線性調頻過程中距離參數的選取，傳統眾多的成像算法在做去調頻處理時選取的參考距離都是成像場景中心與載機飛行航線的垂直距離，本發明選取的距離參數是雷達與成像區域中心的瞬時斜距。具體實現解線性頻調過程為解線性調頻技術是在雷達接收機進行A/D採樣之前完成的，它將回波信號與一個具有相同調頻斜率的線性調頻參考信號相混頻，把頻率隨時間做線性變化的信號變成單一頻率信號。距離向上的回波信號，在快時間域裡其為單頻信號分量的和，信號的頻率大小與目標的距離位置對應，即頻域上的每個頻率範圍與距離向上一定位置的目標點相對應，只需對信號進行傅立葉變換即可確定點目標在距離向的位置。經過去調頻處理後，點目標方位向的回波信號也為單頻信號，且信號頻率與目標點的方位位置有關，因此只需一次傅立葉變換即可確定方位向的位置。本發明的優勢在於在滿足成像要求時，將眾多複雜的成像算法簡化，去掉冗餘的操作，將成像步驟簡化，成為運算量較小、消耗時間較短的成像算法，可滿足實時性的要求。
圖I是本發明聚束式SAR成像算法的流程圖；圖2是本發明對信號進行方位向處理時，所用的參考距離關係示意圖，其中點0是成像區域的參考中心，A為點目標的成像點，X為點目標在方位向上的坐標，Rtl是成像中心與載機航線的垂直距離，Ra為參考中心與雷達的距離，R(ta)為點目標與雷達的距離，V為載機的運動速度；圖3為在仿真環境下，設置的點目標的位置關係；圖4是點目標在距離方向上的一維距離像；圖5是點目標在方位向上的一維方位像；圖6是點目標的二維成像結果圖。
具體實施例方式參照圖I，本發明實現聚束式SAR的成像過程如下步驟I:對雷達接收的原始回波作解線性調頻處理，參考信號是一個與回波信號具有相同調頻斜率的線性調頻信號，且參考距離選取為成像參考中心與載機航線之間的瞬時斜距，解線性調頻處理後距離方向上的信號變為單頻信號分量的和，其頻率值大小與目標散射點的距離是一一對應的，因此由頻率值的大小即可確定各散射點在距離方向上的位置。同時，解線性調頻處理也去除了信號在方位向上的調頻特性，使信號在方位向上也變成單頻信號分量的和，其頻率值的大小與點目標在方位向上的位置有關。其具體過程如下雷達在運動過程中採用「一步一停」的模式，即信號在傳播過程中將雷達看成是靜止的，用快時間和慢時間來分別描述電磁波的傳播時間和載機在運動過程中發射脈衝的時刻。為了保證作用距離和高解析度成像，雷達選用線性調頻信號作為採集目標場景數據的發射波形，其表達式為
權利要求
1.一種機載聚束式SAR的高效成像處理方法，其特徵是回波信號首先要經過解線性調頻處理，這樣能夠有效地減小信號的帶寬，降低後端A/D 信號的採樣率，同時還是回波信號進行脈衝壓縮處理的一個重要步驟；經解線性頻調技術處理後的信號只需在距離向經過傅立葉變換技術即可完成脈衝壓縮過程，即能夠確定目標在距離方向上的位置；對信號進行方位向位置的確定，需要對處理後的信號採用傅立葉變換技術即可確定目標在方位向的位置；
2.根據權利要求I中的聚束式SAR的高效成像處理方法，其中步驟(I)所述的解線性頻調過程，按如下方式實現解線性頻調方法是用一個時間固定，頻率、調頻斜率與發射信號相同的線性調頻信號作為參考信號，與接收的回波信號做混頻處理，處理後不同距離處的目標回波對應於不同頻率的單頻信號，若把回波信號的各頻率分量測出來即可完成不同距離處目標的確定；
3.根據權利要求2中的解線性調頻方法，其參考函數中各參數的選取情況如下 作為線性調頻信號，其頻率、調頻斜率與發射信號相同，其中還有一個重要參數是參考距離，如何選取參考距離是本發明的重點，一般的成像算法選取的是成像參考中心與雷達的垂直距離，本發明選取的參考距離是雷達與成像參考中心的瞬時距離，這樣處理可將距離徙動曲線近似成直線，無需進行距離徙動補償，在經過與參考信號混頻處理後，信號在距離向和方位向上均變為單頻信號分量的和。
全文摘要
本發明提供了一種適用於機載聚束式SAR的高效成像方法，主要克服了原有成像方法處理數據時間過長，在實際電子戰爭中，不能夠滿足實時性的要求。其具體的成像過程為首先採用解線性頻調技術來對信號進行去調頻處理，接著採用傅立葉變換技術對目標信號進行距離向和方位向位置的確定。在解線性調頻處理時，眾多成像算法將參考距離選取為成像區域中心與載機航線的垂直距離，本發明方法選取的是成像區域中心與雷達的瞬時斜距，這樣處理將距離徙動曲線近似成直線，無需作距離徙動補償，大大減小了計算量，可實現對目標的實時成像。本發明提出的成像處理方法只需兩次複數乘法運算和兩次傅立葉變換，是一種簡單、快速、高效的成像方法。
文檔編號G01S13/90GK102590797SQ20121003545
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月17日 優先權日2012年2月17日
發明者井麗紅, 張朝路 申請人:井麗紅, 張朝路