一種俯衝模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法

2023-06-10 23:54:41

專利名稱：一種俯衝模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法
技術領域：
本發明涉及一種俯衝模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達(SAR)成像方法，屬於信號處理技術領域。
背景技術：
合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種具備高分辨能力的微波成像雷達，與光學、紅外傳感器相比，SAR具有全天時、全天候工作以及作用距離遠的獨特優點。彈載條件下，將SAR應用到飛彈末制導中，因其能在黑夜、煙霧、強光幹擾等惡劣環境下發現目標，故SAR更能適於實際作戰中飛彈工作的複雜環境。在飛彈末制導階段，SAR導引頭將所獲取的包含地面場景信息的圖像與自帶的電子圖像進行匹配，由空間幾何關係推算出導引頭的位置坐標，修正慣性導航系統的積累誤差，從而提高制導精度，進行精確打擊。 在飛彈的末制導階段，由於SAR工作在俯衝模式，因此其與常規的機載SAR最大不同之處在於雷達平臺與地面目標的垂直高度隨時間而變化，這就使得俯衝模型下的SAR回波信號不再具備常規平飛模型下SAR回波信號的方位平移不變特性，從而導致常規SAR成像方法不能直接應用於俯衝模型下的SAR成像處理。孫兵等研究了高速俯衝條件下的SAR成像方法，提出了一種等效正側視的工作模式，在該模式下場景中心處目標的距離徙動較小，能實現成像功能，但由於實際條件的限制，一般情況下會偏離這種等效正側視工作模式，因而該方法僅限於特定條件下使用。俞根苗等研究了彈載俯衝側視下的SAR成像方法，提出了一種利用子孔徑處理技術來克服都卜勒參數變化大的問題，可得到聚焦效果較好的子孔徑圖像，但方位向的解析度較低，並且存在子孔徑圖像疊加的問題，增加了系統處理時間。秦玉亮等提出了一種基於距離-都卜勒算法的俯衝彈道條件下的SAR成像方法，該方法在沒有增加成像複雜性的基礎上實現了非直線孔徑的成像處理，但其成像精度較低，不適於精確制導。易予生等將改進的調頻變標方法應用到大場景的彈載俯衝SAR成像處理中，適用於寬測繪帶成像，但其成像效率較低，並且對發射信號存在誤差時的處理較差。1996 年 Davidson 等首先提出非線性變標(Nonlinear Chirp Scaling, NCS) SAR成像處理方法，該方法最早用於二次距離壓縮處理，既考慮了二次距離壓縮的等效調頻率隨都卜勒頻率的變化，同時也考慮了其隨距離的線性變化，從而大大提高了非線性變標方法處理斜視SAR數據的能力。2001年Wong等將NCS方法應用到方位向的數據處理，得到方位向NCS成像處理方法，該方法通過在方位向引入非線性變標操作，可以較好地補償都卜勒調頻率隨方位時間的變化，從而有效增大方位聚焦深度和提高聚焦質量。周松等提出了一種基於方位非線性變標的彈載SAR下降段成像方法，該方法能夠處理俯衝模型下的數據處理，但由於其採用的距離模型精度不夠，不適於高精度的成像處理。

發明內容
本發明提出一種俯衝模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法，該方法能夠處理俯衝模型下合成孔徑雷達的全孔徑回波數據，實現較大斜視角的高精度成像。—種俯衝模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法，所應用的場景是雷達以速度ν沿YOZ平面直線AB飛行，雷達的波束中心照射地面點目標T，A點位於Z軸上，經過時間t後雷達位於B點，Vz表示雷達沿Z方向的速度分量，Vy表示雷達沿Y方向的速度分量，Θ為地面點目標T的等效斜視角；標記雷達位於A點時，雷達與地面的高度為H。，雷達與點目標T的距離為Rtl，點目標T對應的下視角為Y ;標記雷達位於B點時，雷達與點目標T的距離/《/) = + (vt)2 -IR0Itv0 ,參數V0 = VzCos y +vysin y cos Θ ;具體本發明方法包括以下幾個步驟步驟一對SAR原始回波數據Stl ( τ，t)做距離向快速傅立葉變換(FFT)，將回波數據變換至距離頻域-方位時域內進行距離走動校正，將變換後的數據與距離走動校正因子H^f,, t)相乘，得到距離走動校正後的數據S2 (f\，t) ； τ代表距離時間，t代表方位時間，f τ表示距離頻率。步驟二 對距離走動校正後的數據進行方位向FFT，將數據變換至距離頻域-方位·頻域內進行距離補償，將變換後的數據與距離補償因子
權利要求
1.一種俯衝模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達成像方法，其特徵在於，該方法所應用的場景是雷達以速度V沿YOZ平面直線AB飛行，雷達的波束中心照射地面點目標T，A點位於Z軸上，經過時間t後雷達位於B點，Vz表示雷達沿Z方向的速度分量，Vy表示雷達沿Y方向的速度分量，Θ為地面點目標T的等效斜視角；標記雷達位於A點時，雷達與地面的高度為Htl，雷達與點目標T的距離為Rtl，點目標T對應的下視角為Y ;標記雷達位於B點時，雷達與點目標 T 的距離
2.根據權利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特徵在於，所述的步驟一的具體實現方法是 所述的SAR的原始回波數據表示為
3.根據權利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特徵在於，所述的步驟二實現的方法是 對數據S2 (f τ，t)進行方位向FFT，得到數據S3 (f τ，f)，忽略幅度的影響，數據S3 (f τ，f)的相位03(f τ, f)為
4.根據權利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特徵在於，所述的步驟三具體實現方法為 忽略數據34(1，0的常數相位、以及距離與方位兩個方向的線性相位後，對數據S4(f\，f)做距離向IFFT，得到數據S5(R0,f) S5 (R0, f) = exp {j Φ5 (R0, f)}，相位
5.根據權利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特徵在於，所述的步驟四的具體實現方法為 對數據S6 (R。，f)進行方位向IFFT後，得到數據S7 (R。，t) 57(R0, t) = exp {j Φ 7 (R0, t)},相位 Φ 7 (R0, t) = π Ka (tn) (t_tn)2 ； 其中，、為點目標的方位向波束中心穿越時刻；Ka(tn)表示隨方位時間變化的都卜勒調頻率，
6.根據權利要求I所述的合成孔徑雷達成像方法，其特徵在於，所述的步驟五中，對方位向非線性變標處理後的數據進行方位向FFT，得到數據S9O^ f)
全文摘要
本發明提出一種俯衝模型方位向非線性變標的合成孔徑雷達(SAR)成像方法，首先對SAR的原始回波數據做距離向快速傅立葉變換(FFT)後進行距離走動校正；其次進行方位向FFT後進行距離補償；再進行距離向快速傅立葉逆變換(IFFT)後進行三次相位補償；然後進行方位向IFFT後，進行方位向非線性變標處理；最後再進行方位向FFT後，進行方位補償，對方位補償後的數據進行方位向IFFT，得到最終的SAR圖像。本發明可實現較大斜視角的SAR成像，增大了方位向的聚焦深度，在俯衝模型下可實現較大方位聚焦深度下的高精度SAR成像。
文檔編號G01S13/90GK102819020SQ20121029564
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者徐華平, 肖忠源, 李春升 申請人:北京航空航天大學