基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法技术

本发明专利技术属于合成孔径成像技术领域，公开了一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，FFBP算法首先对数据划分子孔径，然后每个子孔径数据形成一幅以子孔径中心为原点的局部直角坐标子孔径图像。子孔径图像只是利用了部分孔径数据，因此具有方位向低分辨的特点。然后对形成的子孔径图像进行两两融合，得到新的较高分辨率的子图像，该过程以迭代的方式进行直到得到一幅全分辨的极坐标图像，最后将极坐标图像插值到直角坐标网格得到最后的图像。

Radar video imaging method based on fast interpolation without interpolation and fast backward projection

The invention belongs to the field of synthetic aperture imaging technology, and discloses a radar video imaging method based on fast backward projection without interpolation fusion. The FFBP algorithm first divides the data into sub aperture, and then each sub aperture data forms a local straight corner aperture image with the subaperture center as the original point. Subaperture image only uses partial aperture data, so it has the characteristics of azimuth and low resolution. Then the subaperture image is fused by 22, and a new high resolution subimage is obtained. The process is carried out in an iterative way until a full resolution polar image is obtained. Finally, the polar image is interpolated to the Cartesian grid to get the final image.

【技术实现步骤摘要】
基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法
本专利技术属于合成孔径成像
，尤其涉及一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，是一种利用合成孔径技术进行快速视频成像的方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)作为一种微波有源成像系统，具有全天时、全天候工作的特点。它根据合成孔径原理，通过对载机在不同方位位置形成“合成阵列”录取的回波信号进行相干积累，从而获取方位向的高分辨。由于SAR成像不受气象条件限制，而且不分白昼与黑夜，均能够提供高分辨的对地观测图像，因此在军事、科研、国民经济许多领域有着广阔的应用前景。当前，各国均在探索SAR成像新的发展道路。视频合成孔径雷达(VideoSAR，ViSAR)作为一种新体制雷达，能够在一定的分辨率和高帧率的条件下产生一系列高数据率的连续图像，并对运动目标具有阴影效应，有利于实现动目标的有效检测跟踪。ViSAR在提供高清高帧率图像的同时能够降低尺寸、质量和功率(SWAP)，是SAR未来发展的一个重要方向，受到了国内外的高度重视。但是视频SAR的帧率高，数据率大，对系统硬件要求比较高，一定程度上限制了视频SAR的发展与应用。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，该方法利用视频数据具有高重叠率的特点，能够进行快速成像，从而提高视频帧率，降低对系统硬件的要求，具有成像时间短、帧率高的特点，能够提高效率，降低成本。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，设定雷达视线方向为距离向，雷达平台运动方向为方位向，且雷达回波采样时间为快时间，雷达平台运动时间为慢时间；所述雷达平台采用“一走一停”机制，所述雷达在每个慢时间发射信号并接收对应的回波信号；步骤2，设定雷达成像的方位分辨率为ρa，雷达平台运动速度为v，雷达平台到成像场景的参考距离为Rs，从而确定雷达成像所需运动的距离L；步骤3，雷达在每个慢时间对回波信号进行采样，得到大小为N×M的回波数据块，其中，N为所述回波数据块的方位向采样点数，且N＝L×Fa/v，M为所述回波数据块的距离向采样点数，Fa为雷达发射信号的脉冲重复频率；所述大小为N×M的回波数据块形成一幅方位分辨率为ρa的SAR图像；步骤4，对所述N×M的回波数据块进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的回波数据；步骤5，将所述脉冲压缩后的回波信号划分为K(0)个子孔径数据块，且K(0)为2的整数次幂，每个子孔径数据块方位向采样点数为Nsub＝N/K(0)；步骤6，对K(0)个子孔径数据块进行成像，得到K(0)个子图像，并对所述K(0)个子图像进行子图像融合，则进行G＝log2(K(0))次子图像融合后得到形成一幅方位分辨率为ρa的SAR图像；步骤7，设雷达新接收到大小为Nnew×M的回波数据块，且Nnew<N，并对所述大小为Nnew×M的回波数据块进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的新的回波数据；步骤8，将所述脉冲压缩后的新的回波数据划分为方位向采样点数为Nsub的T个子孔径数据块，且T＝floor[Nnew/Nsub]，表示向下取整操作；步骤9，对所述T个子孔径数据块进行成像，得到T子图像，获取前一幅SAR图像K(0)个子图像中的后K(0)-T个子图像；从而将所述T个子图像和K(0)-T个子图像进行子图像融合，得到一幅方位分辨率为ρa的新的SAR图像；步骤10，重复执行步骤7至步骤9，得到多幅SAR图像，所述多幅SAR图像形成视频成像。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用重叠子孔径的时域成像方法，充分发挥了时域成像的优势，具有更高的成像效率；(2)采用图像域平移的方法实现图像间的融合，计算效率更高；(3)本专利技术减少了插值引入的误差，图像质量有稍微提高。第四，本专利技术能够降低对系统硬件的要求，降低成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术对回波数据的分块示意图；图2为本专利技术中单幅图像流程图；图3为本专利技术所采用成像算法中的子图像融合前后坐标关系示意图；图4为本专利技术视频成像的流程图；图5为本专利技术中子图像融合示意图；图6为本专利技术的仿真结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。由于视频SAR帧率高，因此相邻两幅图像的数据有很高的重叠率。一般来说，帧率越高，重叠率越高。视频成像时，首先对数据按照方位分辨率的要求进行数据块划分，如图1所示。参照图2为本专利技术的基于无插值融合的FFBP(快速后向投影)快速成像方法的流程图；所述基于无插值融合的FFBP快速成像算法的视频成像方法，包括以下说明：本专利技术实施例采用合成孔径雷达成像技术。合成孔径雷达相比阵列来说能够显著降低成本，并能获得同样的高分辨图像。采用合成孔径雷二维高分辨力，距离向依靠发射大时宽-带宽积的线性调频信号，对回波信号进行脉冲压缩得到距离向的高分辨；方位向根据合成孔径原理，通过对载机在不同方位位置形成“合成阵列”录取的回波信号进行相干积累，从而获取方位向的高分辨。本专利技术实施例采用快速分解后向投影算法(FFBP)。FFBP为一种快速时域成像方法。由于视频成像图像间具有很高的数据重叠率，而时域成像方法能够对数据逐脉冲处理，容易进行运动补偿，而频域成像方法是对全孔径数据处理，因此视频成像更适合采用时域成像方法，考虑算法的运算量，本专利技术采用和频域算法计算量可比拟的快速时域成像算法。所述专利技术采用快速分解后向投影算法(FFBP)，子图像建立在以子孔径中心为原点的局部直角坐标系，由于子图像只利用了部分数据，因此方位向分辨率低，即方位向网格稀疏。如图3所示，X1O1Y1为融合前的坐标轴之一，XAOAYA为融合后的坐标轴，可以看出子图像融合前后坐标系存在平移的关系，而图像域平移能够在频域采用相位相乘的方法快速精确的实现，因此利用该性质能够降低算法的计算量，同时降低插值引入的误差。本专利技术实施例采用视频成像技术，形成视频的流程如图4所示。视频能够连续多角度成像，通过持续影像的渐变显现形成视觉活动图像，能克服常规SAR系统帧率低、动目标检测跟踪难等缺陷，提高识别准确率，而且视频成像在提供高清高帧图像的同时能够降低尺寸、质量和功率(SWAP)，有利于系统小型化。以下对本专利技术方案进行具体说明：本专利技术实施例提供一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，设定雷达视线方向为距离向，雷达平台运动方向为方位向，且雷达回波采样时间为快时间，雷达平台运动时间为慢时间；所述雷达平台采用“一走一停”机制，所述雷达在每个慢时间发射信号并接收对应的回波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，设定雷达视线方向为距离向，雷达平台运动方向为方位向，且雷达回波采样时间为快时间，雷达平台运动时间为慢时间；所述雷达平台采用“一走一停”机制，所述雷达在每个慢时间发射信号并接收对应的回波信号；步骤2，设定雷达成像的方位分辨率为ρa，雷达平台运动速度为v，雷达平台到成像场景的参考距离为Rs，从而确定雷达成像所需运动的距离L；步骤3，雷达在每个慢时间对回波信号进行采样，得到大小为N×M的回波数据块，其中，N为所述回波数据块的方位向采样点数，且N＝L×Fa/v，M为所述回波数据块的距离向采样点数，Fa为雷达发射信号的脉冲重复频率；所述大小为N×M的回波数据块形成一幅方位分辨率为ρa的SAR图像；步骤4，对所述N×M的回波数据块进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的回波数据；步骤5，将所述脉冲压缩后的回波信号划分为K(0)个子孔径数据块，且K(0)为2的整数次幂，每个子孔径数据块方位向采样点数为Nsub＝N/K(0)；步骤6，对K(0)个子孔径数据块进行成像，得到K(0)个子图像，并对所述K(0)个子图像进行子图像融合，则进行G＝log2(K(0))次子图像融合后得到一幅方位分辨率为ρa的SAR图像；步骤7，设雷达新接收到大小为Nnew×M的回波数据块，且Nnew＜N，并对所述大小为Nnew×M的回波数据块进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的新的回波数据；步骤8，将所述脉冲压缩后的新的回波数据划分为方位向采样点数为Nsub的T个子孔径数据块，且T＝floor[Nnew/Nsub]，表示向下取整操作；步骤9，对所述T个子孔径数据块进行成像，得到T子图像，获取前一幅SAR图像K(0)个子图像中的后K(0)‑T个子图像；从而将所述T个子图像和K(0)‑T个子图像进行子图像融合，得到一幅方位分辨率为ρa的新的SAR图像；步骤10，重复执行步骤7至步骤9达到设定次数，得到多幅SAR图像，所述多幅SAR图像形成视频成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，设定雷达视线方向为距离向，雷达平台运动方向为方位向，且雷达回波采样时间为快时间，雷达平台运动时间为慢时间；所述雷达平台采用“一走一停”机制，所述雷达在每个慢时间发射信号并接收对应的回波信号；步骤2，设定雷达成像的方位分辨率为ρa，雷达平台运动速度为v，雷达平台到成像场景的参考距离为Rs，从而确定雷达成像所需运动的距离L；步骤3，雷达在每个慢时间对回波信号进行采样，得到大小为N×M的回波数据块，其中，N为所述回波数据块的方位向采样点数，且N＝L×Fa/v，M为所述回波数据块的距离向采样点数，Fa为雷达发射信号的脉冲重复频率；所述大小为N×M的回波数据块形成一幅方位分辨率为ρa的SAR图像；步骤4，对所述N×M的回波数据块进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的回波数据；步骤5，将所述脉冲压缩后的回波信号划分为K(0)个子孔径数据块，且K(0)为2的整数次幂，每个子孔径数据块方位向采样点数为Nsub＝N/K(0)；步骤6，对K(0)个子孔径数据块进行成像，得到K(0)个子图像，并对所述K(0)个子图像进行子图像融合，则进行G＝log2(K(0))次子图像融合后得到一幅方位分辨率为ρa的SAR图像；步骤7，设雷达新接收到大小为Nnew×M的回波数据块，且Nnew＜N，并对所述大小为Nnew×M的回波数据块进行脉冲压缩，得到脉冲压缩后的新的回波数据；步骤8，将所述脉冲压缩后的新的回波数据划分为方位向采样点数为Nsub的T个子孔径数据块，且T＝floor[Nnew/Nsub]，表示向下取整操作；步骤9，对所述T个子孔径数据块进行成像，得到T子图像，获取前一幅SAR图像K(0)个子图像中的后K(0)-T个子图像；从而将所述T个子图像和K(0)-T个子图像进行子图像融合，得到一幅方位分辨率为ρa的新的SAR图像；步骤10，重复执行步骤7至步骤9达到设定次数，得到多幅SAR图像，所述多幅SAR图像形成视频成像。2.根据权利要求1所述的一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，其特征在于，步骤2中，确定雷达成像所需运动的距离L即合成孔径其中，λ为雷达发射信号的波长。3.根据权利要求1所述的一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，其特征在于，步骤3中，雷达发射信号的脉冲重复频率Fa＝ka×2v/Da，其中，ka为过采样率，Da为雷达方位向孔径长度，从而雷达在慢时间停留的位置x′＝n*v/Fa，n＝1，2，3，……。4.根据权利要求1所述的一种基于无插值融合快速后向投影的雷达视频成像方法，其特征在于，步骤6具体包括如下子步骤：(6a)每幅子图像建立在以其子孔径中心为与原点的局部直角坐标系中，对于第k个子孔径数据块，其子孔径中心设为以所述子孔径中心为原点建立局...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁金闪，梁毅，王天鹤，张玉洪，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61