一种适用于圆周合成孔径雷达快速时域成像方法技术

本发明专利技术一种适用于圆周合成孔径雷达快速时域成像方法，整个流程包括三个处理步骤：第一步，子孔径划分与初始子图像生成；第二步，循环递归子孔径合并和子图像生成；第三步，全孔径合并和最终图像生成。本发明专利技术方法其有益效果是：采用子孔径处理技术，在保持时域成像方法高精度的同时，极大地减少了时域成像方法的计算量，从而提高了成像处理的效率，进而实现了CSAR的快速高精度成像处理，获得高质量CSAR图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像领域，涉及一种适用于圆周合成孔径雷达(Circular SAR，CSAR)快速时域成像方法。
技术介绍
CSAR是指雷达平台(或称雷达站)围绕观测场景做360°圆周或宽角度圆弧运动，并且波束始终指向目标场景进行观测成像的雷达系统；这种雷达系统具有获取目标散射信息丰富，高分辨率成像以及能实现三维成像等优点，近年来引起广泛关注；但是，特殊的运动轨迹给CSAR的数据处理带来了新的问题与挑战，如回波数据量大，回波距离方位耦合性强等，这些都极大地增加了CSAR高精度成像处理的难度。现有的CSAR成像方法主要有时域BPA(Backprojection Approach，后向投影方法)；时域BPA无任何近似处理，能够精确处理CSAR回波的距离方位耦合性以及其特殊的雷达运动轨迹，从而实现CSAR的高精度成像处理但是，时域BPA需要极大的计算量，从而降低了成像效率，因此时域BPA不能成为快速有效的CSAR成像方法；如何解决适用于CSAR的快速时域成像方法正是一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用于圆周合成孔径雷达快速时域成像方法，以提高CSAR成像处理效率。本专利技术的技术方案是：首先，对CSAR回波信号进行距离压缩，将雷达的全孔径划分为若干个子孔径并生成初始子图像网格，再将与子孔径对应的距离压缩回波信号后向投影到初始子图像网格，相干叠加生成初始子图像；然后，进行循环递归的子孔径合并和新的子图像网格生成，再将上一级的子图像插值到新的子图像网格，相干叠加生成新的子图像；最后，将所有子孔径图像投影到同一成像区域，相干叠加生成CSAR图像。本专利技术一种适用于圆周合成孔径雷达快速时域成像方法，包括以下处理步骤：第一步，子孔径划分与初始子图像生成；已知CSAR发射信号中心频率为fc，带宽为B，距离分辨率为ρx，方位分辨率为ρy；假设笛卡尔坐标系原点为成像场景中心，成像场景中任意目标P的位置为rP＝(xP,yP,0)；雷达平台以速度V绕Z轴做圆周运动，慢时间η时刻其坐标为(Rxycos(φ),Rxysin(φ),zM)，Rxy和zM分别为雷达平台圆周轨迹的半径与高度，φ∈[0,2π]为雷达平台的角度变量，且φ(η)＝Vη/Rxy；雷达平台的初始位置为(Rxy,0,zM)；设雷达发射的基带信号为p(τ)，则接收到的CSAR回波信号经正交解调后为：s(τ,φ)＝σP·p[τ-R(φ,rP)/c0]·exp[-j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，τ为慢时间，σP为目标P的散射系数，c0为光速；R(φ,rP)为雷达平台到目标P的双程距离斜距，即： R ( φ , r P ) = 2 ( R x y c o s ( φ ) - x P ) 2 + ( R x y s i n ( φ ) - y P ) 2 + z M 2 ]]>距离压缩后，CSAR回波信号为：src(τ,φ)＝σp·prc[B(τ-R(φ,rP)/c0)]·exp[-j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，prc(·)为距离压缩信号包络；设雷达平台合成孔径的实孔径采样点数为L，将其均匀分成K个子圆弧孔径数据(一般取K/Lfull≤1/8)，则每段子孔径数据采样点数为根据因式分解原理确定圆弧数据的最佳初始孔径长度l0，以及子孔径分解因子I；则有N＝l0×IP，其中P为分解级数；对第一级第n个子孔径，n＝1,2,…,IP，首先生成第一级第n个初始子图像网格其中网格原点为第一级第n个子孔径中心位置，极距为网格原点到任意场景点(x,y,0)的双程斜距，极角为极距与子孔径中心处法线之间的夹角，即： ρ n 1 = [ R x y c o s ( φ n 1 ) - x ] 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于圆周合成孔径雷达快速时域成像方法，包括以下处理步骤：第一步，子孔径划分与初始子图像生成；已知CSAR发射信号中心频率为fc，带宽为B，距离分辨率为ρx，方位分辨率为ρy；假设笛卡尔坐标系原点为成像场景中心，成像场景中任意目标P的位置为rP＝(xP,yP,0)；雷达平台以速度V绕Z轴做圆周运动，慢时间η时刻其坐标为(Rxycos(φ),Rxysin(φ),zM)，Rxy和zM分别为雷达平台圆周轨迹的半径与高度，φ∈[0,2π]为雷达平台的角度变量，且φ(η)＝Vη/Rxy；雷达平台的初始位置为(Rxy,0,zM)；设雷达发射的基带信号为p(τ)，则接收到的CSAR回波信号经正交解调后为：s(τ,φ)＝σP·p[τ‑R(φ,rP)/c0]·exp[‑j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，τ为慢时间，σP为目标P的散射系数，c0为光速；R(φ,rP)为雷达平台到目标P的双程距离斜距，即：R(φ,rP)=2(Rxycos(φ)-xP)2+(Rxysin(φ)-yP)2+zM2]]>距离压缩后，CSAR回波信号为：src(τ,φ)＝σp·prc[B(τ‑R(φ,rP)/c0)]·exp[‑j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，prc(·)为距离压缩信号包络；设雷达平台合成孔径的实孔径采样点数为L，将其均匀分成K个子圆弧孔径数据，一般取K/Lfull≤1/8，则每段子孔径数据采样点数为根据因式分解原理确定圆弧数据的最佳初始孔径长度l0，以及子孔径分解因子I；则有N＝l0×IP，其中P为分解级数；对第一级第n个子孔径，n＝1,2,…,IP，首先生成第一级第n个初始子图像网格其中网格原点为第一级第n个子孔径中心位置，极距为网格原点到任意场景点(x,y,0)的双程斜距，极角为极距与子孔径中心处法线之间的夹角，即：ρn1=[Rxycos(φn1)-x]2+[Rxysin(φn1)-y]2θn1=arctan(y-Rxysin(φn1)x-Rxycos(φn1)),θn1∈[0,π]]]>其中，为第一级第n个子孔径中心对应的角度变量；而第一级第n个初始子图像网格的极距采样间隔和极角采样间隔分别为：Δρn1≤c0/2BΔθn1≤c0/fcdMn1]]>其中，为第一级第n个子孔径的长度；然后，将第一级第n个子孔径对应的距离压缩回波信号后向投影到第一级第n个初始子图像网格然后相干叠加生成第一级第n个初始子图像，即：In1(ρn1,θn1)=∫φn1-φIn1/2φn1+φIn1/2src(R(φ,ρn1,θn1)/c0,φ)·exp[j2πfcR(φ,ρn1,θn1)/c0]dφ]]>其中，src(·)为距离压缩回波信号，为第一级第n个子孔径所对应的积累角，为雷达平台到第一级第n个初始子图像网格的双程距离斜距；第二步，循环递归子孔径合并和子图像生成；第p级处理时，p＝1,…,P，每I个第p‑1级子孔径合并成一个第p级子孔径；对于第p级第q个子孔径，q＝1,2,…,IP‑p，首先生成第p级第q个子图像网格其中网格原点为第p级第q个子孔径中心位置，极距为网格原点到任意场景点(x,y,0)的距离，极角为极距与子孔径中心处法线之间的夹角，即：ρqp=[Rxycos(φqp)-x]2+[Rxysin(φqp)-y]2θqp=arccos(y-Rxysin(φqp)x-Rxycos(φqp)),θqp∈[0,π]]]>其中，为第p级第q个子孔径中心对应的角度变量；而第p级第q个子图像网格的极距采样间隔和极角采样间隔分别为：Δρqp≤c0/2BΔθqp≤c0/fcdMqp]]>其中，为第p级第q个子孔径的长度；然后，将I个第p‑1级子图像插值到第p级第q个子图像网格最后相干叠加生成第p级第q个子图像：Iqp(ρqp,θqp)=Σt=1+(q-1)IqIIt(q-1)(ρtq-1,θtq-1)]]>其中，为第p级第q个子图像，为第p‑1级第t个子图像，t＝1,2,…,l0IP‑(p‑1)，为第p‑1级第t...

【技术特征摘要】
1.一种适用于圆周合成孔径雷达快速时域成像方法，包括以下处理步骤：第一步，子孔径划分与初始子图像生成；已知CSAR发射信号中心频率为fc，带宽为B，距离分辨率为ρx，方位分辨率为ρy；假设笛卡尔坐标系原点为成像场景中心，成像场景中任意目标P的位置为rP＝(xP,yP,0)；雷达平台以速度V绕Z轴做圆周运动，慢时间η时刻其坐标为(Rxycos(φ),Rxysin(φ),zM)，Rxy和zM分别为雷达平台圆周轨迹的半径与高度，φ∈[0,2π]为雷达平台的角度变量，且φ(η)＝Vη/Rxy；雷达平台的初始位置为(Rxy,0,zM)；设雷达发射的基带信号为p(τ)，则接收到的CSAR回波信号经正交解调后为：s(τ,φ)＝σP·p[τ-R(φ,rP)/c0]·exp[-j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，τ为慢时间，σP为目标P的散射系数，c0为光速；R(φ,rP)为雷达平台到目标P的双程距离斜距，即： R ( φ , r P ) = 2 ( R x y c o s ( φ ) - x P ) 2 + ( R x y s i n ( φ ) - y P ) 2 + z M 2 ]]>距离压缩后，CSAR回波信号为：src(τ,φ)＝σp·prc[B(τ-R(φ,rP)/c0)]·exp[-j2πfcR(φ,rP)/c0]其中，prc(·)为距离压缩信号包络；设雷达平台合成孔径的实孔径采样点数为L，将其均匀分成K个子圆弧孔径数据，一般取K/Lfull≤1/8，则每段子孔径数据采样点数为根据因式分解原理确定圆弧数据的最佳初始孔径长度l0，以及子孔径分解因子I；则有N＝l0×IP，其中P为分解级数；对第一级第n个子孔径，n＝1,2,…,IP，首先生成第一级第n个初始子图像网格其中网格原点为第一级第n个子孔径中心位置，极距为网格原点到任意场景点(x,y,0)的双程斜距，极角为极距与子孔径中心处法线之间的夹角，即： ρ n 1 = [ R x y c o s ( φ n 1 ) - x ] 2 + [ R x y s i n ( φ n 1 ) - y ] 2 θ n 1 = a r c t a n ( y - R x y s i n ( φ n 1 ) x - R x y cos ( φ n 1 ) ) , θ n 1 ∈ [ 0 , π ] ]]>其中，为第一级第n个子孔径中心对应的角度变量；而第一级第n个初始子图像网格的极距采样间隔和极角采样间隔分别为： Δ ρ n 1 ≤ c 0 / 2 B Δ θ n 1 ≤ c 0 / f c d M n 1 ]]>其中，为第一级第n个子孔径的长度；然后，将第一级第n个子孔径对应的距离压缩回波信号后向投影到第一级第n个初始子图像网格然后相干叠加生成第一级第n个初始子图像，即： I n 1 ( ρ n 1 , θ n 1 ) = ∫ φ n 1 - φ I n 1 / 2 φ n 1 + φ I n 1 / 2 s r c ( R ( φ , ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪林，李迎雪，王勇，
申请(专利权)人：南京特艺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32