【技术实现步骤摘要】
一种合成孔径雷达高精度运动补偿方法
本专利技术属于合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)高分辨率成像的
,它特别涉及到了SAR高精度运动补偿的
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达,具有全天时和全天候工作的优点,已被广泛应用各个领域,如地形测绘、制导、环境遥感和资源勘探等。SAR应用的重要前提和信号处理的主要目标是通过成像算法获取高分辨、高精度的微波图像。但是诸多环境因素(如风场、湍流等)将导致雷达载体平台的运动轨迹偏离设计的理想轨迹,从而严重影响SAR图像的质量(包括聚焦深度、对比度等)。因此,运动补偿技术成为了SAR成像过程中的关键技术。后向投影(BP)算法是一种精确的SAR时域成像算法,它首先将合成孔径雷达原始数据沿距离向进行距离压缩(脉冲压缩),然后通过选择不同慢时间观测空间中任意像素点在距离压缩后SAR数据空间中的数据,补偿方位向多普勒相位,并进行相干积累,最终获得各像素点散射系数的成像算法。由于在精确已知天线相位中心(AntennaPhaseCenter,APC)的前提下,BP算法可以有效补偿运动误差,因而已被广泛应用。详见“师君.双基地SAR与线阵SAR原理及成像技术研究[D].电子科技大学博士论文.2009”。但是,当平台轨迹精度较低或者未知时,BP算法的成像精度会大大降低。因此,研究针对BP算法的运动补偿技术具有重要意义。自聚焦BP算法是一类基于空域图像质量的自聚焦算法,也可以看作是一类针对BP算法的运动补偿方法,其主要过程是根据图像质量指标优化方位向相位补偿误差向量,当 ...
【技术保护点】
一种合成孔径雷达高精度运动补偿方法,其特征是它包括如下步骤: 步骤1、相关参数的初始化 初始化的参数均为已知,且初始化的参数如下:光速为C;雷达发射线性调频信号,载频为ω;雷达发射脉冲的带宽为B;雷达发射脉冲的时宽为Tp;雷达脉冲重复周期为T;雷达回波距离向采样频率为fs;雷达回波数据矩阵为SK×L;雷达回波数据矩阵SK×L的方位向点数和距离向点数分别为K和L(K和L均为正整数),K也称为慢时刻数;慢时刻向量为ts=[‑K/2,1‑K/2,...,K/2‑1]×T;升采样数据矩阵为SSK×P,SSK×P的大小为K行、8×L列,K为雷达回波数据矩阵的方位向点数,L为雷达回波数据的距离向点数;几何坐标系为三维笛卡尔坐标系O‑XYZ;雷达平台速度向量为V,V的大小为1行3列;雷达平台在零时刻的位置向量为Pt0,Pt0的大小为1行3列;OXY平面内的矩形场景为Θ;将Θ离散化为像素点网格,记为ΩM×N;像素点网格ΩM×N中X方向和Y方向的像素点点数分别为M和N;像素点网格ΩM×N中X方向和Y方向的像素点间隔分别为dx和dy;场景中心位置向量为Pc,Pc的大小为1行3列;共轭梯度算法最大迭代次数为 ...
【技术特征摘要】
1.一种合成孔径雷达高精度运动补偿方法,其特征是它包括如下步骤:步骤1、相关参数的初始化初始化的参数均为已知,且初始化的参数如下:光速为C;雷达发射线性调频信号,载频为ω;雷达发射脉冲的带宽为B;雷达发射脉冲的时宽为Tp;雷达脉冲重复周期为T;雷达回波距离向采样频率为fs;雷达回波数据矩阵为SK×L;雷达回波数据矩阵SK×L的方位向点数和距离向点数分别为K和L(K和L均为正整数),K也称为慢时刻数;慢时刻向量为ts=[-K/2,1-K/2,...,K/2-1]×T;升采样数据矩阵为SSK×P,SSK×P的大小为K行、8×L列,K为雷达回波数据矩阵的方位向点数,L为雷达回波数据的距离向点数;几何坐标系为三维笛卡尔坐标系O-XYZ;雷达平台速度向量为V,V的大小为1行3列;雷达平台在零时刻的位置向量为Pt0,Pt0的大小为1行3列;O-XY平面内的矩形场景为Θ;将Θ离散化为像素点网格,记为ΩM×N;像素点网格ΩM×N中X方向和Y方向的像素点点数分别为M和N;像素点网格ΩM×N中X方向和Y方向的像素点间隔分别为dx和dy;场景中心位置向量为Pc,Pc的大小为1行3列;共轭梯度算法最大迭代次数为Q,Q为正整数;初始APC误差向量为01×3K为1行、3×K列的零矩阵,K为雷达回波数据矩阵SK×L的方位向点数;步骤2、对雷达回波数据矩阵的每一行进行脉冲压缩取出步骤1中所有雷达回波数据SK×L,采用传统的脉冲压缩方法对SK×L的每一行进行脉冲压缩,得到脉冲压缩后的数据矩阵PSK×L;步骤3、对脉冲压缩后的数据矩阵的每一行进行频域升采样对步骤2得到的脉冲压缩后的数据矩阵PSK×L的每一行统一做如下8倍频域升采样处理:步骤3.1、取出步骤2中脉冲压缩后的数据矩阵PSK×L的第k行向量,记为sk,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数;步骤3.2、对向量sk做传统的快速傅里叶变换(FFT),得到向量fk;步骤3.3、从向量fk的L/2+1位置开始插入7×L个零,得到向量zk,zk=[fk(1),fk(2),...,fk(L/2),01×7L,fk(L/2+1),...,fk(L)],fk(1)为向量fk中的第1个元素,fk(2)为向量fk中的第2个元素,fk(L/2)为向量fk中的第L/2个元素,01×7L为1行、7×L列的零向量,fk(L/2+1)为向量fk中的第L/2+1个元素,fk(L)为向量fk中的第L个元素,L为步骤1定义的雷达回波数据矩阵距离向点数;步骤3.4、对向量zk做传统的快速傅里叶逆变换(IFFT),得到向量ssk,将向量ssk存放到矩阵SSK×P的第k行,SSK×P为步骤1定义的升采样数据矩阵;步骤4、计算初始搜索方向步骤4.1、采用公式计算第k个匀速直线APC,记为Pt0为步骤1定义的雷达平台在零时刻的位置向量,V为步骤1定义的雷达平台速度向量,ts(k)为向量ts的第k个元素,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,ts为步骤1定义的慢时刻向量;步骤4.2、采用公式计算像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的位置向量,记为Pc为步骤1定义的场景中心位置向量,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,dx为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点间隔,dy为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点间隔;步骤4.3、采用公式计算第k个APC误差向量,记为为步骤1定义的初始APC误差向量,为中第3(k-1)+1个元素,为中第3(k-1)+2个元素,为中第3(k-1)+3个元素,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数;采用公式计算中间单位向量,记为为步骤4.1计算出的第k个匀速直线APC,为步骤4.2计算出的像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的位置向量,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数;步骤4.4、采用公式计算第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的回波延时,记为为步骤4.1计算出的第k个匀速直线APC,为步骤4.2计算出的像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的位置向量,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,C为步骤1定义的光速;步骤4.5、利用步骤4.4中第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的回波延时在SSK×P第k行数据里找到对应的回波信号值,记为为步骤4.4计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的回波延时,SSK×P为步骤3计算出的升采样数据矩阵,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,C为步骤1定义的光速;步骤4.6、采用公式计算第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点矫正后的回波延时,记为为步骤4.1计算出的第k个匀速直线APC,为步骤4.3计算出的第k个APC误差向量,为步骤4.2计算出的像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的位置向量,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,C为步骤1定义的光速;步骤4.7、采用公式计算像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点后向投影值的实部,记为为步骤4.5计算出的对应的回波信号值,为步骤4.4计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的回波延时,ω为步骤1定义的雷达发射信号载频,为步骤4.6计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点矫正后的回波延时,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,Re(·)表示取实部运算,Im(·)表示取虚部运算;步骤4.8、采用公式计算像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点后向投影值的虚部,记为为步骤4.5计算出的对应的回波信号值,为步骤4.4计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的回波延时,ω为步骤1定义的雷达发射信号载频,为步骤4.6计算出的k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点矫正后的回波延时,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,Re(·)表示取实部运算,Im(·)表示取虚部运算;步骤4.9、采用公式计算关于的偏导数,记为为步骤4.7计算出的素点网格ΩM×N中第m行n列像素点后向投影值实部,为步骤4.6计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点矫正后的回波延时,为步骤4.5计算出的对应的回波信号值,为步骤4.4计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的回波延时,ω为步骤1定义的雷达发射信号载频,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,Re(·)表示取实部运算,Im(·)表示取虚部运算;步骤4.10、采用公式计算关于的偏导数,记为为步骤4.8计算出的像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点后向投影值虚部,为步骤4.6计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点矫正后的回波延时,为步骤4.5计算出的对应的回波信号值,为步骤4.4计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点的回波延时,ω为步骤1定义的雷达发射信号载频,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,Re(·)表示取实部运算,Im(·)表示取虚部运算;步骤4.11、采用公式计算初始中间常量,记为为步骤4.7计算出的像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点后向投影值的实部,为步骤4.9计算出的关于的偏导数,为步骤4.6计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点矫正后的回波延时,为步骤4.8计算出的像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点后向投影值的虚部,为步骤4.10计算出的关于的偏导数,为步骤4.6计算出的第k个APC与像素点网格ΩM×N中第m行n列像素点矫正后的回波延时,m=1,2,…,M,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,n=1,2,…,N,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数;步骤4.12、采用公式计算第k个慢时刻对应的中间向量,记为为步骤4.11计算出的初始中间常量,为步骤4.3计算出的中间单位向量,k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,M为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中X方向的像素点点数,N为步骤1定义的像素点网格ΩM×N中Y方向的像素点点数;步骤4.13、重复步骤4.1到步骤4.12,对所有的k=1,2,…,K,K为步骤1定义的慢时刻数,计算出为第1个慢时刻对应的中间向量,为第2个慢时刻对应的中间向量,为第K个慢时刻对应的中间向量;步骤4.14、采用公式计算初始梯度向量,记为为步骤4.13计算出的第1个慢时刻对应的中间向量,为步骤4.13计算出的第2个慢时刻对应的中间向量,为步骤4.13计算出的第K个慢时刻对应的中间向量,(·)T表示向量转置运算;步骤4.15、采用公式计算初始搜索方向,记为d0,为步骤4.14计算出的初始梯度向量;步骤5、初始化迭代变量步骤5.1、定义当前迭代次数为q,q=0,1,2,…,Q,Q为步骤1定义的共轭梯度算法最大迭代次数,初始化q=0;步骤5.2、定义第q次迭代APC误差向量为并初始化为为步骤1定义的初始APC误差向量,q为步骤5.1定义的当前迭代次数;步骤5.3、定义第q次迭代搜索方向为dq,并初始化为dq=d0,d0为...
【专利技术属性】
技术研发人员:张晓玲,胡克彬,熊海进,赵韩星,何蜀丰,
申请(专利权)人:电子科技大学,
类型:发明
国别省市:四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。