一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法技术

本发明专利技术公开了一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，思路为：确定机载SAR雷达，所述机载SAR雷达工作在聚束右侧视前视模式下；机载SAR雷达对其观测区域发射电磁波并接收回波，从而获得原始回波信号；选取机载SAR雷达的观测区域中任意一点，记为点目标P；根据原始回波信号，得到高阶距离徙动补偿后的回波信号；根据高阶距离徙动补偿后的回波信号，得到距离包络补偿后的回波信号；根据距离包络补偿后的回波信号，得到方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号；根据方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号，得到机载SAR聚焦成像，并记为一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法结果。

【技术实现步骤摘要】
一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，适用于实际工程应用。
技术介绍
极坐标算法(PolarFormatAlgorithm，PFA)受平面波假设的限制，对斜视角和运动误差变化敏感；在实际应用中，由于运动误差的存在，只用PFA处理是无法聚焦成像的；运动补偿(MotionCompensation,MOCO)又是合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)实测成像的关键问题，尤其对于小型无人机载等航迹不稳定的平台，精确MOCO的实施十分困难。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，该种波数均匀化的极坐标SAR成像方法是将传统PFA波数域二维插值均匀化实现聚焦改进为一步keystone变换加角域波数均匀化来实现聚焦，角域坐标更加契合聚束SAR的工作模式从而能够实现距离和方位二维空变运动误差补偿；而且该种波数均匀化的极坐标SAR成像方法不需要单独补偿运动误差，而是将运动误差作为几何参数，直接作用于算法过程中，做到快速高精度成像；为便于描述，本专利技术采用的方法也称为方位角波数均匀化参数极坐标算法(AzimuthAngle-Wavenumber-EvenParametricPolarFormatAlgorithm，AAWE-PPFA)。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，包括以下步骤：步骤1，确定机载SAR雷达，所述机载SAR雷达工作在聚束右侧视前视模式下；机载SAR雷达对其观测区域发射电磁波并接收回波，从而获得原始回波信号；选取机载SAR雷达的观测区域中任意一点，记为点目标P；步骤2，根据原始回波信号，得到高阶距离徙动补偿后的回波信号；步骤3，根据高阶距离徙动补偿后的回波信号，得到距离包络补偿后的回波信号；步骤4，根据距离包络补偿后的回波信号，得到方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号；步骤5，根据方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号，得到机载SAR聚焦成像，所述机载SAR聚焦成像为一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像结果。本专利技术与现有技术相比所具有的优点：第一，本专利技术在提供高精度航迹数据的情况下能够精确成像。第二，本专利技术不需要进行额外的运动补偿，能够提高算法效率。第三，本专利技术可以在大斜视角情况下补偿方位空变运动误差。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法流程图；图2(a)是本专利技术仿真采用的斜视SAR成像雷达对场景观测时的几何模型图；图2(b)是本专利技术仿真采用的斜视SAR成像三维观测几何模型投影到斜距平面上的几何关系图；图3(a)是仿真一采用的三维的运动参数误差仿真结果示意图；图3(b)是仿真二采用的三维的运动参数误差仿真结果示意图；图3(c)是仿真一中，PPFA仿真点阵设置示意图；图3(d)是仿真一中，PPFA成像结果示意图；图3(e)是仿真一中，AAWE-PPFA仿真点阵设置示意图；图3(f)是仿真一中，AAWE-PPFA成像结果示意图；图4(a)是仿真一中，PPFA点目标A的成像结果示意图；图4(b)是仿真一中，PPFA点目标B的成像结果示意图；图4(c)是仿真一中，PPFA点目标C的成像结果示意图；图4(d)是仿真一中，PPFA点目标D的成像结果示意图；图4(e)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标A的成像结果示意图；图4(f)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标B的成像结果示意图；图4(g)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标C的成像结果示意图；图4(h)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标D的成像结果示意图；图5(a)是仿真一中，PPFA点目标A的方位脉冲响应曲线；图5(b)是仿真一中，PPFA点目标B的方位脉冲响应曲线；图5(c)是仿真一中，PPFA点目标C的方位脉冲响应曲线；图5(d)是仿真一中，PPFA算法点目标D的方位脉冲响应曲线；图5(e)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标A的方位脉冲响应曲线；图5(f)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标B的方位脉冲响应曲线；图5(g)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标C的方位脉冲响应曲线；图5(h)是仿真一中，AAWE-PPFA点目标D的方位脉冲响应曲线；图6(a)是仿真二中，PPFA成像结果图；图6(b)是仿真二中，WEPFA成像结果图；图7(a)是PPFA关于场景1的处理结果局部放大图；图7(b)是AAWE-PPFA关于场景1的处理结果图局部放大图；图7(c)是PPFA关于场景2的处理结果局部放大图；图7(d)是AAWE-PPFA关于场景2的处理结果图局部放大图；图7(e)是PPFA关于场景3的处理结果局部放大图；图7(f)是WEPFA关于场景3的处理结果图局部放大图；图8(a)是仿真二中PPFA点目标A的方位脉冲响应曲线图；图8(b)是仿真二中AAWE-PPFA点目标A的方位脉冲响应曲线图；图8(c)是仿真二中PPFA点目标B的方位脉冲响应曲线图；图8(d)是仿真二中AAWE-PPFA点目标B的方位脉冲响应曲线图。图9(a)是仿真三中，PPFA成像结果图；图9(b)是仿真三中，AAWE-PPFA成像结果图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法流程图；其中所述方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，包括以下步骤：步骤1，确定机载SAR雷达，所述机载SAR雷达工作在聚束右侧视前视模式下；首先对图2(a)和图2(b)所示的观测几何和成像几何进行说明。机载SAR雷达以恒定速度v直线运动形成理想航迹如图2(a)中虚线①所示，同时机载SAR雷达对其观测区域发射电磁波并接收回波，从而获得原始回波信号；机载SAR雷达以速度v匀速直线运动nT时间内飞过的航线为合成孔径La，合成孔径La中含有机载SAR雷达的瞬时位置坐标信息，n为大于0的正整数，T表示机载SAR雷达的脉冲重复周期；合成孔径中心为O，机载SAR雷达高度为H，机载SAR雷达的观测区域中心为S。将合成孔径中心O到机载SAR雷达的观测区域中心S的连线O-S与图2(a)中虚线①所示理想航迹构成的平面，记为斜距平面Ω；将合成孔径中心O到机载SAR雷达的观测区域中心S的连线O-S与图2(a)中虚线③所示理想航迹法线在斜距平面Ω上的夹角，记为斜视角θsq；机载SAR雷达的理想航迹方向为方位向，在斜距平面Ω上与方位向正交的方向为距离向；选取机载SAR雷达的观测区域中任意一点，记为点目标P。以合成孔径中心O在地面的垂直投影o为原点，以机载SAR雷达匀速直线运动方向为x轴方向，设定x轴方向为正北方向，正东方向为y轴方向，根据右手法则确定z轴方向，从而构建oxyz直角坐标系记录机载SAR雷达观测数据，则理想航迹下天线相位中心APC在oxyz直角坐标系中的三维坐标为(X,Y,Z)＝(vtm,0,H)，X表示理想航迹下天线相位中心APC在oxyz直角坐标系中x轴坐标，Y表示理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定机载SAR雷达，所述机载SAR雷达工作在聚束右侧视前视模式下；机载SAR雷达对其观测区域发射电磁波并接收回波，从而获得原始回波信号；选取机载SAR雷达的观测区域中任意一点，记为点目标P；步骤2，根据原始回波信号，得到高阶距离徙动补偿后的回波信号；步骤3，根据高阶距离徙动补偿后的回波信号，得到距离包络补偿后的回波信号；步骤4，根据距离包络补偿后的回波信号，得到方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号；步骤5，根据方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号，得到机载SAR聚焦成像，所述机载SAR聚焦成像为一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定机载SAR雷达，所述机载SAR雷达工作在聚束右侧视前视模式下；机载SAR雷达对其观测区域发射电磁波并接收回波，从而获得原始回波信号；选取机载SAR雷达的观测区域中任意一点，记为点目标P；步骤2，根据原始回波信号，得到高阶距离徙动补偿后的回波信号；步骤3，根据高阶距离徙动补偿后的回波信号，得到距离包络补偿后的回波信号；步骤4，根据距离包络补偿后的回波信号，得到方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号；步骤5，根据方位向角波数均匀化后点目标P的回波信号，得到机载SAR聚焦成像，所述机载SAR聚焦成像为一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像结果。2.如权利要求1所述的一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述机载SAR雷达，还包括：机载SAR雷达以恒定速度v直线运动形成理想航迹；机载SAR雷达实际工作时无法保持匀速直线运动，就会产生运动误差，进而形成真实航迹；机载SAR雷达以速度v匀速直线运动nT时间内飞过的航线为合成孔径，合成孔径中心为O，机载SAR雷达高度为H，机载SAR雷达的观测区域中心为S，将合成孔径中心O到机载SAR雷达的观测区域中心S的连线与理想航迹构成的平面，记为斜距平面Ω；将合成孔径中心O到机载SAR雷达的观测区域中心S的连线与理想航迹法线在斜距平面Ω上的夹角，记为斜视角θsq；将合成孔径中心O到点目标P的连线与理想航迹法线之间的夹角，记为点目标P的斜视偏置角θP；机载SAR雷达的理想航迹方向为方位向，在斜距平面Ω上与方位向正交的方向为距离向；以合成孔径中心O在地面的垂直投影o为原点，以机载SAR雷达匀速直线运动方向为x轴方向，设定x轴方向为正北方向，正东方向为y轴方向，根据右手法则确定z轴方向，从而构建oxyz直角坐标系，理想航迹下天线相位中心在oxyz直角坐标系中的三维坐标为(X,Y,Z)＝(vtm,0,H)，X表示理想航迹下天线相位中心在oxyz直角坐标系中x轴坐标，Y表示理想航迹下天线相位中心在oxyz直角坐标系中y轴坐标，Z表示理想航迹下天线相位中心在oxyz直角坐标系中z轴坐标，tm表示方位慢时间；其中天线相位中心表示机载SAR雷达发射电磁波的等效相位中心，代表机载SAR雷达的准确瞬时位置。3.如权利要求2所述的一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，其特征在于，在步骤2中，所述高阶距离徙动补偿后的回波信号为sP(KR,X)，其表达式为：sP(KR,X)＝exp{-jKR[R(X；θP,rP)-R(X；θc,rc)]}＝exp[-jKR△R(X；θP,rP)]其中，X表示理想航迹下天线相位中心在oxyz直角坐标系中x轴坐标，KR表示频率(fr+fc)对应的径向距离波数，fr表示距离频率，fc表示机载SAR雷达发射电磁波的载频，C表示光速；R(X；θc,rc)表示天线相位中心到机载SAR雷达的观测区域中心S的瞬时斜距；R(X；θP,rP)表示真实航迹下天线相位中心到点目标P的瞬时斜距；△R(X；θP,rP)表示方位去斜后的瞬时斜距差，△R(X；θP,rP)＝R(X；θP,rP)-R(X；θc,rc)，rP表示点目标P在(r,Θ)平面极坐标系中的极径坐标，θP表示点目标P的斜视偏置角，rc表示机载SAR雷达的观测区域中心S在(r,Θ)平面极坐标系中的极径坐标，θc表示机载SAR雷达的观测区域中心S的斜视偏置角。4.如权利要求3所述的一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，其特征在于，在步骤3中，所述距离包络补偿后的回波信号为sP(rP,X)，其表达式为：sP(rP,X)＝exp[-jKRC△R(X；θP,rP)]其中，△R(X；θP,rP)表示方位去斜后的瞬时斜距差，KRC表示机载SAR雷达发射电磁波的载频fc对应的径向距离波数，fc表示机载SAR雷达发射电磁波的载频，C表示光速，rP表示点目标P在(r,Θ)平面极坐标系中的极径坐标，θP表示点目标P的斜视偏置角。5.如权利要求4所述的一种方位角波数均匀化处理的极坐标SAR运动补偿成像方法，其特征在于，步骤4的子步骤为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，王风飞，曹运合，
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