一种弹载SAR图像校正方法技术

本发明专利技术公开了一种弹载SAR图像校正方法，涉及雷达信号处理技术领域，该方法包括：建立地面坐标系；建立图像坐标系；读入回波信号，得到聚焦后的斜平面图像；以图像坐标系建立图像网格，根据地面实时图像尺寸和分辨率得到图像网格上每一点的坐标；将图像网格上每一点的坐标进行旋转变换，得到该点在地面坐标系中的坐标；计算图像网格上的点在成像斜平面的距离和多普勒信息，并换算成对应斜平面图像的行信息和列信息；对行信息和列信息进行二维sinc插值。本发明专利技术的弹载SAR图像校正方法，采用反向投影方法，通过建立地面的图像网格模型，精确计算图像网格上的每一点对应的距离和多普勒信息，精确得到图像网格范围内无形变的SAR图像。

A Method of Image Correction for Missile-borne SAR

The invention discloses an image correction method for Missile-borne SAR, which relates to the technical field of radar signal processing. The method includes: establishing the ground coordinate system; establishing the image coordinate system; reading the echo signal to obtain the focused oblique plane image; establishing the image grid with the image coordinate system, and obtaining the coordinates of each point on the image grid according to the real-time image size and resolution of the ground; The coordinates of each point on the grid are rotated to obtain the coordinates of the point in the terrestrial coordinate system; the distance between the points on the image grid and the Doppler information on the imaging oblique plane are calculated and converted into the row information and column information of the corresponding oblique plane image; and the row information and column information are interpolated by two-dimensional sinc. The missile-borne SAR image correction method of the present invention uses the back projection method to accurately calculate the distance and Doppler information of each point on the image grid by establishing the image grid model on the ground, and accurately obtain the immutable SAR image within the image grid range.

【技术实现步骤摘要】
一种弹载SAR图像校正方法
本专利技术涉及雷达信号处理
，具体涉及一种弹载SAR图像校正方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是一种高分辨成像雷达，因其具有高分辨、全天候以及对一些地物有穿透性等优点，作为一种新型的成像工具，弹载合成孔径雷达导引头在精确制导领域正发挥着越来越大的作用。弹载雷达导引头在导弹下降段采用SAR成像模式，实时获取地面场景的二维高分辨SAR图像，再将实时图像与基准模板图进行匹配，得到匹配目标点在基准图中的位置信息，并由几何关系，得到弹与目标点的精确距离，再利用多个匹配区域，得到多个精确距离，形成几何构型，解算弹体的真实位置，进而实时修正惯导的误差，提高系统的制导精度。SAR图像匹配是将在雷达在特定飞行弹道和波束入射角条件下的成像实时图与模板进行匹配，由于弹载下降段轨迹下的SAR成像，斜视角很大，距离和方位耦合严重，图像空变性大，且SAR图像的几何形变由多种因素引起，其形变量与参数之间的变化规律往往是非线性的，其总体变形可能是平移、缩放、旋转、弯曲等变化量综合产生。在进行图像匹配时，如果不对形变进行校正，图像匹配会存在误差，甚至出现无法匹配的情况。目前弹载SAR图像的校正方法多是通过成像几何构型，推导地面场景坐标与最后的SAR图像坐标之间的复杂的坐标关系，进行几何校正，均属于从SAR成像斜平面到地面场景的正向投影过程，需要根据成像构型推导复杂的坐标映射关系，且要对成像平面点上所有点进行逐点映射，计算量大，不利于工程实现。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种弹载SAR图像校正方法，可得到精确的无形变的SAR图像。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种弹载SAR图像校正方法，其包括：根据弹体在孔径中心时刻的参数建立地面坐标系O-x-y-z；以波束中心点P为原点，建立图像坐标系P-xp-yp；读入回波信号，得到聚焦后的斜平面图像；以图像坐标系建立图像网格，根据地面实时图像尺寸M×N和分辨率得到图像网格上每一点的坐标(xi，yi)；建立旋转矩阵，将图像网格上每一点的坐标(xi，yi)进行旋转变换，得到该点在地面坐标系中的坐标(xm，ym)；根据坐标(xm，ym)，计算图像网格上的每一点在成像斜平面的距离信息和多普勒信息，并换算成对应斜平面图像的行信息和列信息；对行信息和列信息以及对应的斜平面图像的灰度信息进行二维sinc插值，得到图像网格上所有点的幅度信息，从而得到校正后的SAR图像。在上述技术方案的基础上，在地面坐标系O-x-y-z中，Oxz平面在地平面上，Ox指向速度在地面投影方向，Oy垂直地面向上，Oz与Ox和Oy满足右手法则。在上述技术方案的基础上，图像坐标系P-xp-yp，建立在沿波束方向、速度方向或地面正北向。在上述技术方案的基础上，图像坐标系P-xp-yp建立在沿波束方向，波束中心点P的坐标为：x0＝H/tan(β)*cos(α)y0＝H/tan(β)*sin(α)其中，H为弹体高度，α为波束方位角，β为波束俯仰角。在上述技术方案的基础上，读入回波信号，得到聚焦后的斜平面图像具体包括：定义某一点目标与雷达的瞬时斜距为：其中，Xn＝vtn，Xn为某一点目标的方位位置，θ0为波束射线指向斜视角，Rb为波束中心线扫过目标时的斜距，tm为方位慢时间，tn为天线波束中心穿越目标点时刻；对雷达回波信号进行距离向傅里叶变换，将其变换到距离频域为：其中，fr为距离频率，γ为距离向信号调频率，fc为雷达中心载频，Wr为距离窗函数频域形式，wa为时域方位窗函数；对雷达回波信号进行线性距离走动校正，得到距离走动校正后的回波信号，其中，校正补偿因子为：距离走动校正后的雷达斜距为：其中，n为级数展开项数；对距离走动校正后的回波信号进行方位向的处理，利用级数反演得到距离和方位的二维频谱：其中，Wa为频域方位窗函数，根据校正补偿因子，利用SPECAN频谱分析方法对距离走动校正后的回波信号进行三次项和四次项相位误差进行补偿，最后得到成像斜平面聚焦后的距离时域方位频域的SAR图像：其中，R0为波门前沿对应距离，Br为距离向发射信号的带宽，Ba为方位向信号对应的多普勒带宽，Kac为调频率的一次项系数，Kal为调频率的二次项系数，为距离快时间。在上述技术方案的基础上，旋转矩阵为图像坐标系相对地面坐标系的旋转矩阵Roty：在上述技术方案的基础上，将图像网格上每一点的坐标(xi，yi)进行旋转变换，得到该点在地面坐标系中的坐标(xm，ym)具体包括：图像网格上每一点的坐标(xi，yi)为：xi＝[-N/2:N/2-1]*grid_intervalyi＝[-M/2:M/2-1]*grid_interval其中，grid_interval为分辨率；转换得到图像网格上每一点在地面坐标系中的坐标(xm，ym)为：在上述技术方案的基础上，计算图像网格上的每一点在成像斜平面的距离信息和多普勒信息，并换算成对应斜平面图像的行信息和列信息具体包括：根据坐标(xm，ym)得到地面网格上任意点的斜距矢量：根据惯导参数，得到速度矢量：其中，vx为沿x向的速度分量，vy为沿y向的速度分量，vz为沿z向的速度分量；图像网格上的任意点对应的斜视角：图像网格上的任意点的距离信息为：其中，θ为雷达的斜视角；图像网格上的任意点的多普勒信息为：其中，其中，v为弹体速度，fdc为多普勒中心，fa_error为多普勒偏差，lambda为雷达波的波长；换算成对应斜平面图像的行信息和列信息为：row＝round((Rm-R0)/deltaR)col＝round((fa+prf/2)/delta_prf)其中，deltaR＝c/2/fs，delta_prf＝prf/nan，round表示四舍五入取整，R0为波门前沿对应的距离，c为光速，nan为方位向采样点数，prf为脉冲重复频率。在上述技术方案的基础上，地面实时图像尺寸不大于雷达波束宽度所覆盖的有效区域。在上述技术方案的基础上，图像网格的分辨率为斜平面图像分辨率的1.5-2倍。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术的弹载SAR图像校正方法，采用反向投影方法，通过建立地面的图像网格模型，精确计算图像网格上的每一点对应的距离和多普勒信息，精确得到图像网格范围内无形变的SAR图像。附图说明图1是本专利技术实施例中弹载SAR图像校正方法的示意图；图2是本专利技术实施例中的二维sinc插值核示意图；图3是本专利技术实施例中二维kaiser窗示意图；图4是本专利技术实施例中仿真地面布点示意图；图5是本专利技术实施例中地面点阵斜平面SAR图像；图6是本专利技术实施例中校正后的地平面SAR图像。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。参见图1所示，本专利技术实施例提供一种弹载SAR图像校正方法，其包括：步骤一、根据弹体在孔径中心时刻的参数建立地面坐标系O-x-y-z。弹体在成像孔径中心时刻的参数包括弹体高度、斜视角、波束方位角、波束俯仰角、速度信息等。其中，Oxz平面在地平面上，Ox指向速度在地面投影方向，Oy垂直地面向上，Oz与Ox和Oy满足右手法则。步骤二、以波束中心点P为原点，建立图像坐标系P-xp-yp。优选地，图像坐标系P-xp-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种弹载SAR图像校正方法，其特征在于，其包括：根据弹体在孔径中心时刻的参数建立地面坐标系O‑x‑y‑z；以波束中心点P为原点，建立图像坐标系P‑xp‑yp；读入回波信号，得到聚焦后的斜平面图像；以所述图像坐标系建立图像网格，根据地面实时图像尺寸M×N和分辨率得到所述图像网格上每一点的坐标(xi，yi)；建立旋转矩阵，将所述图像网格上每一点的坐标(xi，yi)进行旋转变换，得到该点在地面坐标系中的坐标(xm，ym)；根据所述坐标(xm，ym)，计算所述图像网格上的每一点在成像斜平面的距离信息和多普勒信息，并换算成对应斜平面图像的行信息和列信息；对所述行信息和列信息以及对应的斜平面图像的灰度信息进行二维sinc插值，得到图像网格上所有点的幅度信息，从而得到校正后的SAR图像。

【技术特征摘要】
1.一种弹载SAR图像校正方法，其特征在于，其包括：根据弹体在孔径中心时刻的参数建立地面坐标系O-x-y-z；以波束中心点P为原点，建立图像坐标系P-xp-yp；读入回波信号，得到聚焦后的斜平面图像；以所述图像坐标系建立图像网格，根据地面实时图像尺寸M×N和分辨率得到所述图像网格上每一点的坐标(xi，yi)；建立旋转矩阵，将所述图像网格上每一点的坐标(xi，yi)进行旋转变换，得到该点在地面坐标系中的坐标(xm，ym)；根据所述坐标(xm，ym)，计算所述图像网格上的每一点在成像斜平面的距离信息和多普勒信息，并换算成对应斜平面图像的行信息和列信息；对所述行信息和列信息以及对应的斜平面图像的灰度信息进行二维sinc插值，得到图像网格上所有点的幅度信息，从而得到校正后的SAR图像。2.如权利要求1所述的弹载SAR图像校正方法，其特征在于：在所述地面坐标系O-x-y-z中，Oxz平面在地平面上，Ox指向速度在地面投影方向，Oy垂直地面向上，Oz与Ox和Oy满足右手法则。3.如权利要求1所述的弹载SAR图像校正方法，其特征在于：所述图像坐标系P-xp-yp，建立在沿波束方向、速度方向或地面正北向。4.如权利要求1所述的弹载SAR图像校正方法，其特征在于，所述图像坐标系P-xp-yp建立在沿波束方向，所述波束中心点P的坐标为：x0＝H/tan(β)*cos(α)y0＝H/tan(β)*sin(α)其中，H为弹体高度，α为波束方位角，β为波束俯仰角。5.如权利要求4所述的弹载SAR图像校正方法，其特征在于：所述读入回波信号，得到聚焦后的斜平面图像具体包括：定义某一点目标与雷达的瞬时斜距为：其中，Xn＝vtn，Xn为某一点目标的方位位置，θ0为波束射线指向斜视角，Rb为波束中心线扫过目标时的斜距，tm为方位慢时间，tn为天线波束中心穿越目标点时刻；对雷达回波信号进行距离向傅里叶变换，将其变换到距离频域为：其中，fr为距离频率，γ为距离向信号调频率，fc为雷达中心载频，Wr为距离窗函数频域形式，wa为时域方位窗函数；对雷达回波信号进行线性距离走动校正，得到距离走动校正后的回波信号，其中，校正补偿因子为：距离走动校正后的雷达斜距为：其中，n为级数展开项数；对所述距离走动校正后的回波信号进行方位向的处理，利用级数反演得到距离和方位的二维频谱：其中，Wa为频域方位窗函数，根据所述校正补...

【专利技术属性】
技术研发人员：李芬芬，黄龙，侍伟伟，周世平，胡哲，桂阳，靳永亮，韩建莉，石稳，李姣，
申请(专利权)人：湖北航天技术研究院总体设计所，
类型：发明
国别省市：湖北,42