一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，涉及雷达信号处理领域，步骤1，合成孔径雷达对接收到的回波信号进行解调和采样处理；步骤2，得到距离脉压后的信号；步骤3，在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行成像；步骤4，对第j级子图像相邻两个子图像进行两两分组；步骤5，对每一子图像的每行角度维元素和每列距离维元素进行平移；步骤6，在角度维上进行上采样和相位校正。步骤7，每组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像进行叠加，得到第j+1级子图像；步骤8，得到第Ns级子图像本发明专利技术方法计算量小，效率更高，能够兼顾成像效率和成像质量用于聚束模式合成孔径雷达成像，适用于机载和星载平台。

【技术实现步骤摘要】
一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法
本专利技术属于雷达信号处理领域，涉及一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，用于聚束模式合成孔径雷达成像，适用于机载和星载平台。
技术介绍
合成孔径雷达成像属于高分辨成像技术，在距离方向，它通过发射大带宽信号获得高分辨；通过移动实孔径天线，合成孔径雷达可以在很大的视角范围内照射场景，从而极大地提高了方位分辨率。后向投影算法(BackProjectionAlgorithm，BPA)，是从计算机层析成像领域引入的。该算法从合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)本质工作原理出发，对距离脉压后的数据后向投影到各成像点，然后通过相干积累得到精确聚焦的图像。该方法能够适用于合成孔径雷达SAR的任意工作模式，能够对含有运动误差的任意成像几何的合成孔径雷达SAR数据进行精确聚焦。然而后向投影算法BPA需要逐点遍历，计算量大，效率低。当图像为N×N点，孔径长度也为N时，整个成像过程需要N3次插值操作。庞大的计算量限制了该算法的实践应用。为减少后投影算法BPA的计算量，提高算法计算效率，Yegulalp提出了一种快速后投影算法(FastBackProjectionAlgorithm，FBPA)。当分块大小取为时，该算法计算量达到理论最优的O(N2.5)。相对于后向投影算法BPA，该算法计算量有所减少，但是在实际应用中，算法效率仍然不高。Ulander等以2或4为基数，将后向投影算法BPA进一步细分，提出了快速分级后投影算法(FastFactorizedBackProjectionAlgorithm，FFBPA)。当基数取2或4时，快速分级后投影算法FFBPA计算量达到理论最优的O(N2log2N)。快速分级后投影算法FFBPA采用金字塔型计算结构，通过逐级二维插值实现成像。相对于后投影算法BPA和快速后投影算法FBPA，快速分级后投影算法FFBPA计算量下降，计算效率有了一定提高。然而快速分级后投影算法FFBPA仍然需要二维逐点插值，在实际应用中计算量大，计算效率不高。以上算法中，BPA、FBPA、FFBPA在实际应用中计算量都比较大，效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有算法的不足，提出一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，这种方法计算量小，效率更高，能够更好的兼顾成像效率和成像质量。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，合成孔径雷达接收目标的原始回波信号，对接收到的回波信号进行解调和采样处理；步骤2，对解调和采样后的信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离脉压后的信号；步骤3，对距离脉压后的信号进行方位分块操作，将距离脉压后的信号分成N个子孔径信号并且将雷达全孔径分成N个子孔径；以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系即局部极坐标系；在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行后投影成像，得到每个子孔径信号对应的第0级子图像I0(r1,θ1)，I0(r2,θ2)，…，I0(ri,θi)，…，I0(rN,θN)；步骤4，对第j级子图像中相邻两个子图像进行两两分组，即将前一子图像和后一子图像分为一组；mj＝1,2,....Nj，j＝0,1,2,...,Ns-1，N表示子孔径数目，Ns为一个正整数；步骤5，对每一组中的前一子图像和后一子图像进行几何校正，即对每一子图像的每行角度维元素和每列距离维元素进行平移；将每一组中的前一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(1)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量如下式(2)；前一子图像每行和每列平移后，得到平移后的前一子图像Δθ1=arctan(ΔX1rmj+1)---(1)Δr1=ΔX22Rs+ΔXsin(θmj)---(2)]]>其中，Δθ1表示前一子图像每行角度维元素进行平移时的平移量，Δr1表示前一子图像每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系原点为后一子图像所在坐标系原点为前一子图像和后一子图像在叠加之后的子图像所在坐标系坐标原点设定为为预设值；ΔX1表示原点和在x轴方向也就是航向的坐标差，Rs为成像场景中心到全孔径中心O0的距离，表示前一子图像所在坐标系的角度；将每一组中的后一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(3)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量，如下式(4)；后一子图像每行和每列平移后，得到平移后的后一子图像Δθ2=arctan(ΔX2rmj+1)---(3)Δr2=ΔX22Rs+ΔXsin(θ1+mj)---(4)]]>其中，Δθ2表示后一子图像每行角度维元素进行平移时的平移量，Δr2表示后一子图像每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系的原点为后一子图像所在坐标系的原点为前一子图像和后一子图像在叠加之后的子图像所在坐标系坐标原点设定为为预设值；ΔX2表示原点和在x轴方向也就是航向的坐标差，Rs为成像场景中心到全孔径中心O0的距离，表示后一子图像所在坐标系的角度；对每组中的前一子图像和后一子图像的每行每列都进行平移，完成全部子图像的几何校正，得到几何校正后的子图像步骤6，对每一组中经过平移之后的前一子图像和经过平移之后后一子图像在角度维上进行上采样，然后对上采样之后前一子图像和上采样之后后一子图像进行相位校正，得到相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像每组中的前一子图像和后一子图像都经过角度维上采样、相位校正后，得到相位校正后的子图像步骤7，将每一组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像进行叠加，即每组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像进行叠加，即：；在叠加之后，得到第j+1级子图像，即为步骤8，令j增加1，重复步骤4-7，直到j＝Ns-1，得到第Ns级子图像第Ns级子图像即为最终成像结果。上述技术方案的特点和进一步改进在于：(1)步骤3包括以下子步骤：3a)对距离脉压后的信号进行方位分块操作，即将距离脉压后的信号分成N个子孔径信号，Ns为一个正整数；同时将雷达全孔径分成N个子孔径，每个子孔径的长度为L；3b)以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系，即局部极坐标系，极轴垂直于雷达的航迹并指向雷达成像场景一侧；在第i个局部极坐标系下，第i个子孔径信号表示为si(ri,θi)，i＝1,2,…N，ri表示第i个局部极坐标系的极半径，也表示成像场景中任意一个点目标到第i个子孔径中心的距离，θi表示第i个局部极坐标系的角度；3c)对每个子孔径信号进行后投影成像，得到第i个子孔径信号成像后子图像I(ri,θi)，表达式如下：I(ri,θi)=∫-L/2L/2si(ri,θi)exp(jKcR(ri,θi))dx]]>其中，si(ri,θi)，i＝1,2,…N，表示第i个子孔径信号，ri表示第i本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，合成孔径雷达接收目标的原始回波信号，对接收到的回波信号进行解调和采样处理；步骤2，对解调和采样后的信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离脉压后的信号；步骤3，对距离脉压后的信号进行方位分块操作，将距离脉压后的信号分成N个子孔径信号并且将雷达全孔径分成N个子孔径；以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系即局部极坐标系；在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行后投影成像，得到每个子孔径信号对应的第0级子图像I0(r1,θ1)，I0(r2,θ2)，…，I0(ri,θi)，…，I0(rN,θN)；步骤4，对第j级子图像中相邻两个子图像进行两两分组，即将前一子图像和后一子图像分为一组；mj＝1,2,....Nj，j＝0,1,2,...,Ns‑1，N表示子孔径数目，Ns为一个正整数；步骤5，对每一组中的前一子图像和后一子图像进行几何校正，即对每一子图像的每行角度维元素和每列距离维元素进行平移；将每一组中的前一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(1)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量如下式(2)；前一子图像每行和每列平移后，得到平移后的前一子图像Δθ1=arctan(ΔX1rmj+1)---(1)Δr1=ΔX22Rs+ΔXsin(θmj)---(2)]]>其中，Δθ1表示前一子图像每行角度维元素进行平移时的平移量，Δr1表示前一子图像每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系原点为后一子图像所在坐标系原点为前一子图像和后一子图像在叠加之后的子图像所在坐标系坐标原点设定为为预设值；ΔX1表示原点和在x轴方向也就是航向的坐标差，Rs为成像场景中心到全孔径中心O0的距离，表示前一子图像所在坐标系的角度；将每一组中的后一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(3)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量，如下式(4)；后一子图像每行和每列平移后，得到平移后的后一子图像Δθ2=arctan(ΔX2rmj+1)---(3)Δr2=ΔX22Rs+ΔXsin(θ1+mj)---(4)]]>其中，Δθ2表示后一子图像每行角度维元素进行平移时的平移量，Δr2表示后一子图像每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系的原点为后一子图像所在坐标系的原点为前一子图像和后一子图像在叠加之后的子图像所在坐标系坐标原点设定为为预设值；ΔX2表示原点和在x轴方向也就是航向的坐标差，Rs为成像场景中心到全孔径中心O0的距离，表示后一子图像所在坐标系的角度；对每组中的前一子图像和后一子图像的每行每列都进行平移，完成全部子图像的几何校正，得到几何校正后的子图像步骤6，对每一组中经过平移之后的前一子图像和经过平移之后后一子图像在角度维上进行上采样，然后对上采样之后前一子图像和上采样之后后一子图像进行相位校正，得到相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像每组中的前一子图像和后一子图像都经过角度维上采样、相位校正后，得到相位校正后的子图像步骤7，将每一组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像进行叠加，即每组中的相位校正之后的前一子图像和相位校正之后的后一子图像进行叠加，即：；在叠加之后，得到第j+1级子图像，即为步骤8，令j增加1，重复步骤4‑7，直到j＝Ns‑1，得到第Ns级子图像第Ns级子图像即为最终成像结果。...

【技术特征摘要】
1.一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，合成孔径雷达接收目标的原始回波信号，对接收到的回波信号进行解调和采样处理；步骤2，对解调和采样后的信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩后的信号；步骤3，对距离向脉冲压缩后的信号进行方位分块操作，将距离向脉冲压缩后的信号分成N个子孔径信号并且将雷达全孔径分成N个子孔径；以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系即局部极坐标系；在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行后投影成像，得到每个子孔径信号对应的第0级子图像I0(r1，θ1)，I0(r2，θ2)，…，I0(ri，θi)，…，I0(rN，θN)；步骤4，对第j级子图像中相邻两个子图像进行两两分组，即将前一子图像和后一子图像分为一组；mj＝1，2，....Nj，j＝0，1，2，...，Ns-1，N表示子孔径数目，Ns为一个正整数；步骤5，对每一组中的前一子图像和后一子图像进行几何校正，即对每一子图像的每行角度维元素和每列距离维元素进行平移；将每一组中的前一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(1)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量如下式(2)；前一子图像每行和每列平移后，得到平移后的前一子图像其中，Δθ1表示前一子图像每行角度维元素进行平移时的平移量，Δr1表示前一子图像每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系原点为后一子图像所在坐标系原点为前一子图像和后一子图像在叠加之后的子图像所在坐标系坐标原点设定为为预设值；ΔX1表示原点和在x轴方向也就是航向的坐标差，Rs为成像场景中心到全孔径中心O0的距离，表示前一子图像听在坐标系的角度；将每一组中的后一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(3)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量，如下式(4)；后一子图像每行和每列平移后，得到平移后的后一子图像其中，Δθ2表示后一子图像每行角度维元素进行平移时的平移量，Δr2表示后一子图像每列距离维元素进行平移时的平移量，前一子图像所在坐标系的原点为后一子图像所在坐标系的原点...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光才，杨泽民，左绍山，邢孟道，保铮，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61