一種合成孔徑雷達sar的廣義極坐標成像方法
2023-12-05 08:29:21
一種合成孔徑雷達sar的廣義極坐標成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種合成孔徑雷達SAR的廣義極坐標成像方法，涉及雷達信號處理領域，其步驟為：步驟1，合成孔徑雷達SAR接收目標的回波信號，從回波信號得到距離波數域信號；步驟2，利用方位去斜函數對距離波數域信號進行方位去斜；步驟3，得到相位補償之後的信號；步驟4，對相位補償之後的信號在距離向上進行傅立葉逆變換，再進行變標，相位校正及保相操作，得到最終成像結果。本發明能夠降低載機試驗成本，並適應不同的場景要求。
【專利說明】-種合成孔徑雷達SAR的廣義極坐標成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於雷達信號處理領域，涉及波束指向合成孔徑雷達（Beam Steering Synthetic Aperture Radar, BS-SAR)的聚焦，尤其涉及一種合成孔徑雷達SAR的廣義極坐 標成像方法，可用於機載、星載平臺合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR)成像處 理。
【背景技術】
[0002] 近年來，針對合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar, SAR)的研究越來越多。 合成孔徑雷達SAR是一種全天時、全天候、高分辨的遙感設備。另外，合成孔徑雷達SAR還 可以以不同頻率，不同觀測角在不同極化模式下工作。合成孔徑雷達SAR的這些特點使其 成為獲取信息靈活有效獲的工具。合成孔徑雷達SAR還可以產生高解析度，高精度的圖像。 合成孔徑雷達成像屬於高分辨成像技術，在距離方向，它通過發射大帶寬信號獲得高分辨； 在方位方向，用一個運動的傳感器模擬一個長的天線陣列，得到在該方向上較好的解析度。
[0003] 合成孔徑雷達SAR可以在多種模式下工作，比如條帶模式、聚束模式、滑動聚束模 式、循序掃描地形觀測（terrain observation by progressive scans, TOPS)模式等。其中 循序掃描地形觀測TOPS模式、滑動聚束模式及聚束模式可統稱為波束指向模式（BS-SAR)。 波束指向合成孔徑雷達BS-SAR應用廣泛，比如海洋和陸地監測、測繪、城市地區監測、災害 評估等。目前，在星載合成孔徑雷達SAR方面已經採用了波束指向合成孔徑雷達BS-SAR技 術，比如TerraSAR-X衛星，它能夠得到米級甚至是釐米級的解析度。
[0004] 到目前為止，針對某種特定模式的成像算法已經很多了。對於循序掃描地形觀測 T0PSSAR模式和滑動聚束SAR模式，由於其都卜勒中心隨慢時間線性變化，方位向信號是模 糊的。為了處理這種模糊，人們提出了多種方法，比如基於子孔徑的ECSA方法，基帶方位變 標BAS方法等。另外一種途徑就是全孔徑成像算法。"two-st印"算法可以用來處理TOPS SAR模式和滑動聚束SAR模式數據，然而直接用匹配濾波器對方位向信號進行脈壓會導致 聚焦結果的混疊。針對循序掃描地形觀測T0PSSAR數據處理，Engen.etal.提出了滑動帶 寬 CZ 變換（Chirp Z-Transform)方法。
[0005] 而對於聚束模式SAR模式，其方位向信號也是模糊的。人們提出了基於子孔徑的 方法，比如CS(Chirp Scaling)算法，FS(Frequency Scaling)算法以及它們的擴展形式來 處理這種模糊。另一種有效的方法是"two-step"算法。對於上述方法，傳統算法被用來進 行距離徙動校正，匹配濾波器用來對變換到方位頻域的信號進行聚焦處理。逆合成孔徑雷 達成像中的極坐標算法PFA也可以用來處理聚束合成孔徑雷達SAR數據。
[0006] 以上成像處理算法都只針對一種合成孔徑雷達SAR模式，而不能同時兼顧聚束 SAR、滑動聚束SAR和TOPS SAR三種模式。針對波束指向合成孔徑雷達（BS-SAR)不同的模 式就需要在載機上安裝相應的成像處理模塊，增加了研究成本，在成像場景未知的情況下 更帶來了很多的不便。
【發明內容】
[0007] 針對上述已有技術的不足，本發明將現有技術中的極坐標算法（Polar Formation Algorithm，PFA)加以改進，提供一種能夠處理聚束SAR、滑動聚束SAR和循序掃描地形觀測 TOPS SAR三種模式的廣義極坐標（Generalized Polar Formation Algorithm，GPFA)成像方 法，能夠降低載機試驗成本，並適應不同的場景要求。
[0008] 為達到上述目的，本發明採用以下技術方案予以實現。
[0009] -種合成孔徑雷達SAR的廣義極坐標成像方法，其特徵在於，包括以下步驟： [0010] 步驟1，合成孔徑雷達SAR接收目標的回波信號，從回波信號得到距離波數域信號 s (Kr, ta)；
[0011] 步驟2,構造方位去斜函數Hde ePFA，利用方位去斜函數Hde ePFA對距離波數域信號 s (&，ta)進行方位去斜，即距離波數域信號s (&，ta)乘以方位去斜函數Hde ePFA，得到方位去 斜之後的信號s'（心，ta);
[0012] 步驟3,對方位去斜之後的信號s'（&，ta)進行二維插值操作並進行相位補償，得 到相位補償之後的信號S ePFA(Y，Kx);
[0013] 步驟4,對相位補償之後的信號SePFA(Y，Kx)在距離向上進行傅立葉逆變換，再進行 變標，相位校正及保相操作，得到最終成像結果，該最終成像結果即為合成孔徑雷達SAR的 廣義極坐標成像結果。
[0014] 上述技術方案的特點和進一步改進在於：
[0015] (1)步驟1包括以下子步驟：
[0016] la)對回波信號在距離時域上進行脈壓處理；
[0017] lb)將經過脈壓處理之後的回波信號在距離向上進行傅立葉變換，再變換到距離 波數域，得到距離波數域信號s(L ta)表達式為：
【權利要求】
5.根據權利要求1所述的一種合成孔徑雷達SAR的廣義極坐標成像方法，其特徵在於， 步驟4包括以下子步驟 4a)對相位補償之後的信號SePFA(Y，Kx)在距離向上進行傅立葉逆變換，得到距離向上 傅立葉逆變換之後的信號Si (Y，Kx); 4b)利用變標函數對距離向上傅立葉逆變換之後的信號Si (Υ，ΚΧ)進行方位向變標處 理，即傅立葉逆變換之後的信號51(￥，1〇乘以變標函數，得到變標後信號S2(Y，K X); 變標函數的表達式如下：
其中，σ表示散射係數，G,表示距離向脈壓增益，Ga表示方位脈壓增益，Rsel表示變標距 離，它決定了最終圖像方位採樣間隔的長度，Ky(l表示Ky的中值，KX表示方位波數，K y表示距 離波數，RMf表示參考距離，RMt表示旋轉中心距離，乂"表示成像場景中目標的方位向位置， Yn表示成像場景中參考目標的距離向位置，Y成像場景中任一目標的距離向位置； 4f)對方位波數域信號S5 (Υ，Κχ)進行保相處理，即乘以相位函數& (Υ，Κχ)，得到最終成 像結果；
其中，&表示方位波數，Ky表示距離波數，1?#表示參考距離，RMt表示旋轉中心距離， KyQ表示Ky的中值，Y表示成像場景中任一目標的距離向位置，Rsel表示變標距離，它決定了 最終圖像方位採樣間隔的長度。
【文檔編號】G01S13/90GK104062657SQ201410238167
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年5月30日 優先權日:2014年5月30日
【發明者】孫光才, 左紹山, 邢孟道, 保錚 申請人:西安電子科技大學