一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法，该方法是为了获得受方位模糊能量干扰较小的SAR图像；具体处理步骤为：含模糊的单视复图像数据的方位向傅里叶变换→局部方位模糊度求解→最佳滤波器构建→原数据中各成分最佳估计→表征列向量求取→频谱选择傅里叶转换阵构建及保留子谱段求取→频谱外推。相较于现有的方位模糊抑制算法，本发明专利技术的处理对象不会局限于常见的条带工作模式下的SAR图像数据，对于滑动聚束模式下的数据处理也是有效；而且本发明专利技术的处理结果在方位模糊能量得到极大抑制的同时，保持方位向分辨率不变，这是现有方位模糊抑制算法所难实现的。

【技术实现步骤摘要】
一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法
本专利技术涉及一种合成孔径雷达的SAR信号处理方法，更特别地说，是指一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法。
技术介绍
星载SAR(SyntheticApertureRadar，合成孔径雷达)是一种具有全天候、全天时的能力的成像系统，不受云、雨、雾、黑夜等自然条件的限制，在军事领域、地形测绘等许多领域有广泛的应用价值。1999年10月哈尔滨工业大学出版社出版、刘永坦编著的《雷达成像技术》指出，合成孔径雷达(SAR，SyntheticApertureRadar)安装在运动平台上，按照一定的重复频率发射、接收脉冲，形成回波信号。SAR系统的结构框图如图1所示，SAR系统包括有星上雷达系统、卫星平台及数据下传系统和地面系统三部分，对合成孔径雷达成像处理，获得SAR图像；所述SAR图像存储于备档操作系统中。目前针对高分辨率SAR图像中方位模糊抑制，较推荐的即是基于选择滤波概念的技术。而现有的基于选择滤波概念的技术存在两个问题：(1)仅适用于条带工作模式；(2)不可避免的(方位向)分辨率损失。
技术实现思路
为了实现SAR处理器输出的SAR图像尽可能少的受到方位模糊的干扰，本专利技术提出了一种可用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法，并且适用范围不再局限于条带工作模式，处理过程中分辨率保持较好。该方法通过在SAR图像的方位频域中进行最优频谱选择和频谱外推两项操作，解决了现有基于选择滤波概念的模糊抑制技术的两项缺陷：(1)仅适用于条带工作模式；(2)不可避免的分辨率损失。本专利技术提出了一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法，具体处理包括有下列七个步骤：第一步：对SAR地面接收系统中1A级处理器输出的含模糊数据YA进行方位向傅里叶变换处理，获得第一距离多普勒域数据YB；第二步：针对含模糊数据YA中任一点O引入第一空变滤波器H1(p,q,fη)和第二空变滤波器H2(p,q,fη)；然后将H1(p,q,fη)、H2(p,q,fη)和第一距离多普勒域数据YB相乘并进行方位向傅里叶逆变换，可分别得第一二维时域数据YC和第二二维时域数据YD；将YA、YC和YD位于O点的值带入局部方位模糊度求解方程中，得到含模糊数据YA位于O点处的第一局部模糊度L1(p,q)和第二局部模糊度L2(p,q)；第三步：利用SAR地面接收系统中1A级处理器输出的含模糊数据YA和第二步得到的第一局部模糊度L1(p,q)及第二局部模糊度L2(p,q)，构建最佳滤波器Hopt；第四步：将第三步得到的最佳滤波器Hopt与第一步得到的第一距离多普勒域数据YB进行乘法操作，得到第二距离多普勒域数据YE；将第一距离多普勒域数据YB与第二距离多普勒域数据YE相减，得到第三距离多普勒域数据YG；第五步：将第四步得到的第三距离多普勒域数据YG和第二距离多普勒域数据YE进行相同位置的元素相除和平方操作，并将所得矩阵进行逐行求和，进而获得表征列向量Γ；第六步：利用第五步中得到的表征列向量Γ和最大可允许的相位误差φ，得到方位频域保留点位置函数χ(h)，并引入变换方程z(χ(h),n)构建频谱选择傅里叶转换阵F，然后将F与1A级处理器输出的含模糊数据YA进行乘法操作，进而获得保留子谱段Ysel；第七步：引入频谱外推方程，并将1A级处理器输出的含模糊数据YA、第六步中得到的频谱选择傅里叶变换阵F和保留子谱段Ysel带入其中，得到对于保留子谱段Ysel的频谱外推结果Yfinal，也即是方位模糊抑制后的图像数据。在本专利技术提出方法的合成孔径雷达图像处理中，与传统方法相比，本专利技术方法具有如下优点：与现有的方位模糊抑制算法相比，本专利技术方法可以在所有模式下实现较好的模糊抑制，而不仅局限于条带模式(见图7)。在本专利技术方法的操作过程中，方位向分辨率保持较好，且略有提升(见图8、图9与表2)。另外由于本专利技术方法在设计过程中，考虑了某块区域同时受到两侧模糊的干扰，本专利技术方法也适用于抑制此类复杂情况下的方位模糊(见图11)，达到提高SAR图像分辨率。附图说明图1是SAR系统结构框图。图2是SAR系统地面接收系统框图。图3是本专利技术用于合成孔径雷达方位模糊抑制方法的流程图。图4A是相位误差-模糊影响门限曲线。图4B是模糊影响-频率位置曲线。图5A是加拿大Radarsat-2条带工作模式下受单侧模糊干扰的单视复数据。图5B是图5A对应的同时期光学图像(来自GoogleEarth)。图6A是德国TerraSAR-X滑动聚束工作模式下受模糊干扰的单视复数据。图6B是图6A对应的同时期光学图像(来自GoogleEarth)。图7A是采用传统方法对图5A进行方位模糊抑制后的处理结果。图7B是采用本专利技术提出的方法对图5A进行方位模糊抑制后的处理结果。图7C是采用传统方法对图6A进行方位模糊抑制后的处理结果。图7D是采用本专利技术提出的方法对图6A进行方位模糊抑制后的处理结果。图8A是图6A中虚线框选定区域的局部放大图。图8B是图7C中虚线框选定区域的局部放大图。图8C是图7D中虚线框选定区域的局部放大图。图9A是图8A、图8B和图8C中选取的第1点处的方位向剖面曲线。图9B是图8A、图8B和图8C中选取的第2点处的方位向剖面曲线。图9C是图8A、图8B和图8C中选取的第3点处的方位向剖面曲线。图9D是图8A、图8B和图8C中选取的第4点处的方位向剖面曲线。图10是德国TerraSAR-X条带工作模式下受双侧模糊干扰的单视复数据。图11A是采用传统方法对图10进行方位模糊抑制后的处理结果。图11B是采用本专利技术提出的方法对图10进行方位模糊抑制后的处理结果。具体实施方式下面将结合附图和卫星数据实例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术进行SAR图像的方位模糊抑制是在SAR地面接收系统(参见图2所示)中完成的。具体地，是对1A级处理器输出的单视复图像进行方位模糊抑制处理，从而得到模糊能量受到较大削弱的SAR图像。具体的适用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法的处理流程，如图3所示。所述的1A级处理器输出的单视复图像记为含模糊数据YA。本专利技术对合成孔径雷达的方位模糊抑制处理包括有下列七个处理步骤：第一步：对SAR地面接收系统中1A级处理器输出的含模糊数据YA进行方位向傅里叶变换处理，获得第一距离多普勒域数据YB；在本专利技术中，对回波信号进行方位向傅里叶变换是为了将含模糊的复图像数据从方位时域变换成方位频域信号。在本专利技术的第一步中，1A级处理器输出的含模糊数据YA是二维数据，采用矩阵形式表示为:其中，Na表示初始方位向采样点数；Nf表示初始距离向采样点数；n是一个变量，取值范围1至Na，表示为方位向第n个点；m是一个变量，取值范围1至Nf，表示为距离向第m个点；表示单视复数据在方位向上对应第1方位时刻的距离向第1像素点；表示单视复数据在方位向上对应第1方位时刻的距离向第m像素点；表示单视复数据在方位向上对应第1方位时刻的距离向第Nf像素点；表示单视复数据在方位向上对应第n方位时刻的距离向第1像素点；表示单视复数据在方位向上对应第n方位时刻的距离向第m像素点；表示单视复数据在方位向上对应第n方位时刻的距离向第Nf像素点；表示单视复数据在方位向上对应第Na方位时刻的距离向第1像素点；表示单视复数据在方位向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法，其特征在于包括有下列步骤：第一步：对SAR地面接收系统中1A级处理器输出的含模糊数据YA进行方位向傅里叶变换

【技术特征摘要】
1.一种用于合成孔径雷达的方位模糊抑制方法，其特征在于包括有下列步骤：第一步：对SAR地面接收系统中1A级处理器输出的含模糊数据YA进行方位向傅里叶变换处理，获得第一距离多普勒域数据YB；所述所述Na表示初始方位向采样点数；Nf表示初始距离向采样点数；n是一个变量，取值范围1至Na，表示为方位向第n个点；m是一个变量，取值范围1至Nf，表示为距离向第m个点；表示单视复数据在方位向上对应第1方位时刻的距离向第1像素点；表示单视复数据在方位向上对应第1方位时刻的距离向第m像素点；表示单视复数据在方位向上对应第1方位时刻的距离向第Nf像素点；表示单视复数据在方位向上对应第n方位时刻的距离向第1像素点；表示单视复数据在方位向上对应第n方位时刻的距离向第m像素点；表示单视复数据在方位向上对应第n方位时刻的距离向第Nf像素点；表示单视复数据在方位向上对应第Na方位时刻的距离向第1像素点；表示单视复数据在方位向上对应第Na方位时刻的距离向第m像素点；表示单视复数据在方位向上对应第Na方位时刻的距离向第Nf像素点；表示方位向上变换到第1个方位频率的距离向上的第1个点；表示方位向上变换到第1个方位频率的距离向上的第m个点；表示方位向上变换到第1个方位频率的距离向上的第Nf个点；表示方位向上变换到第n个方位频率的距离向上的第1个点；表示方位向上变换到第n个方位频率的距离向上的第m个点；表示方位向上变换到第n个方位频率的距离向上的第Nf个点；表示方位向上变换到第Na个方位频率的距离向上的第1个点；表示方位向上变换到第Na个方位频率的距离向上的第m个点；表示方位向上变换到第Na个方位频率的距离向上的第Nf个点；第二步：针对含模糊数据YA中任一点O引入第一空变滤波器H1(p,q,fη)和第二空变滤波器H2(p,q,fη)；然后将H1(p,q,fη)、H2(p,q,fη)和第一距离多普勒域数据YB相乘并进行方位向傅里叶逆变换，可分别得第一二维时域数据YC和第二二维时域数据YD；所述所述将YA、YC和YD位于O点的值带入局部方位模糊度求解方程中，得到含模糊数据YA位于O点处的第一局部模糊度L1(p,q)和第二局部模糊度L2(p,q)；第三步：利用SAR地面接收系...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泽，吴有明，李春升，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11