一种基于Chirp Scaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Chirp Scaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法，该算法推导分析超长聚束多角度SAR回波信号在方位向上的多普勒频谱偏移，使用该偏移量实现多角度回波融合，然后对融合后的信号采用Chirp Scaling算法完成多角度成像，最后应用MUSIC谱估计方法对多角度超长聚束SAR进行超分辨率成像，并对Chirp Scaling算法成像结果进行验证。本发明专利技术方法的处理过程没有近似，且主要是对超长聚束多角度SAR处理，通过对成像后图像的质量评价，可有效、直观的证明本方法的有效性。

A Chirp Scaling-based super-resolution imaging algorithm for multi-angle super-long spotlight SAR

【技术实现步骤摘要】
一种基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法
本专利技术属于微波成像的
，尤其涉及一种基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法。
技术介绍
多角度聚束SAR能够利用雷达传感器对同一目标或场景区域的不同角度探测，获取目标的多角度信息。多角度聚束SAR中的多角度超长聚束SAR具有更大的成像角度和超长的成像范围能够观测到更丰富的地物回波，能够有效提高影像的分辨率，还可以解决传统成像算法成像散焦严重的问题，并降低遮挡、阴影等因素带来的影响。基于该方法上述的优点，可以应用于对目标的分类和识别能力以及特征提取等方面。相应的，ChirpScaling算法是在波方程算法的基础上被R.K.Raney等人首次提出(参考：RaneyRK，etal.PrecisionSARprocessingusingChirpScaling.IEEETrans.onGeoscienceandRemoteSensing，1994,32(4)：786-799.)，该方法是一种计算效率非常高的算法，不需要插值，只需要进行FFT和复乘运算，易于在基于FFT信号处理器和高速并行处理器系统上实现。李聪聪在压缩感知理论的基础上研究了一种分布式压缩感知成像技术(分布式SAR)，提出了基于分布式压缩感知的分布式合成孔径雷达多波束成像算法、解模糊成像算法以及谱合成成像算法，其中，构造能实现回波稀疏化的通用稀疏基十分的重要，但是在现实中并不是任意场景都能实现的，所以该方法具有一定的局限性。周汉飞又提出了一种基于压缩感知的多角度SAR成像算法(分布式SAR)，分析了影响压缩感知理论中测量矩阵性能的雷达系统参数，设置了合适的雷达参数的点目标仿真，进行多角度SAR的压缩感知成像实验，但该处理方法不能处理沿直线方向获取的超长聚束SAR回波数据。上面提到的成像算法虽然成像效果好，都存在近似，但都具有一定的局限性。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术所要解决的问题在于提供一种基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法，分析各角度回波信号在方位向上的多普勒频谱偏移，通过多普勒频谱合成实现多角度回波融合，对融合后的信号应用ChirpScaling及压缩感知理论实现多角度成像，使图像信息更加丰富，提高了目标信息获取量，提升影像的解译效果。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法，包括以下步骤：S1：假设卫星在每个角度发射的信号是线性调频信号，即为角度1的信号S1(1)(t，tm)，角度2的信号S1(2)(t，tm)，角度3的信号S1(3)(t，tm)；S2：对步骤S1中假设线性调频信号S1(1)，S1(2)，S1(3)进行方位向傅里叶变换，将信号转换到距离-多普勒(RD)域，得到信号S2(1)，S2(2)，S2(3)；S3：对步骤S2中得到的信号S2(1)，S2(2)，S2(3)乘上时移因子和得到S3(1)，S3(2)，S3(3)；S4：对步骤S3中所得的各角度结果S3(1)，S3(2)，S3(3)乘上相位补偿因子和得到S4(1)，S4(2)，S4(3)；S5：对步骤S4中所得的结果S4(1)，S4(2)，S4(3)加在一起得到S5；S6：对步骤S5中所得的信号S5进行傅里叶逆变换得到多角度SAR频谱合成后的信号S6；S7：对步骤S6中所得的结果S6实现ChirpScaling算法，得到多角度SAR图像；S8：通过MUSIC谱估计法得到超分辨率SAR图像。可选的，所述步骤S1中的信号S1(1)，S1(2)，S1(3)，假设是线性调频信号，其表达式为：其中，t表示距离向快时间，tm表示方位向慢时间，Tp为发射信号脉冲宽度，kr为调频率，fc为中心频率，rect(t/Tp)为矩形窗函数，j为常数。可选的，所述步骤S2中，进行方位向傅里叶变换，将信号转换到距离-多普勒(RD)域，信号在RD域可表示为：式中：其中C为复常数，ftm为方位向频率，Cs(ftm)为弯曲因子，表示信号轨迹与多普勒频率间的关系，λ为线性调频波长，V为飞行速度。进一步的，所述步骤S3中，具体步骤为：点目标到各角度卫星的斜距可以表示为：其中角度1与角度2之间长度为B12，角度2与角度3之间长度为B23，R1、R2、R3分别代表各角度卫星到点目标的斜距，R为点目标到航线的垂直距离；各角度卫星接收回波的相位历程为:各角度卫星的瞬时多普勒频率：由各角度卫星接收回波的相位历程和多普勒频率分析可知，方位向各角度卫星接收信号的多普勒中心频率为：fdc2＝0各角度卫星接收信号具有相同的多普勒频率：在进行多普勒频谱合成时，首先将各角度卫星回波信号在时域分开，时移大小为：根据傅里叶变换性质，在方位向频域上可得时移因子为：其中fa为回波信号的方位向频率，信号表达式为：S3(2)＝S2(2)进一步的，所述步骤S4中，在与方位向时移相位相乘后，需对回波信号进行相位补偿，相位补偿因子为：信号表达式为：S4(2)＝S3(2)进一步的，将三个信号加在一起可得S5，所述步骤S5中，具体表达式为：S5＝S4(1)+S4(2)+S4(3)。可选的，所述步骤S6中，对信号进行傅里叶逆变换，得到多普勒SAR频谱合成信号S6，表达式为：S6＝IFFT(S5)。可选的，利用二维MUSIC谱估计方法搜索目标散射体的谱峰，谱峰对应于目标点的二维位置，所述步骤S8中，表达式为：式中Ew为协方差矩阵，估计点目标的频率参数θ＝(wr,wα)，α(wr,wα)为导向矢量。由上，本专利技术的基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法在信号域对回波信号进行融合，并应用ChirpScaling算法来完成多角度成像，因为是先融合后成像的过程，所获得的目标信息更加丰富，有效提高方位向分辨率。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1为本专利技术的多角度超长聚束SAR工作示意图；图2为本专利技术的基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法步骤示意图；图3a为本专利技术基于ChirpScaling角度1的单点成像结果；图3b为本专利技术基于ChirpScaling角度2的单点成像结果；图3c为本专利技术基于ChirpScaling角度3的单点成像结果；图3d为本专利技术基于ChirpScaling多角度的单点成像结果；图4a为本专利技术基于ChirpScaling角度1的多点成像结果；图4b为本专利技术基于ChirpScaling角度2的多点成像结果；图4c为本专利技术基于ChirpScaling角度3的多点成像结果；图4d为本专利技术基于ChirpScaling多角度的多点成像结果；图5a为本专利技术谱估计单点成像结果；图5b为本专利技术谱估计多点成像结果。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Chirp Scaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法，其特征在于，包括以下步骤：S1：假设卫星在每个角度发射的信号是线性调频信号，即为角度1的信号S1

【技术特征摘要】
1.一种基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法，其特征在于，包括以下步骤：S1：假设卫星在每个角度发射的信号是线性调频信号，即为角度1的信号S1(1)(t，tm)，角度2的信号S1(2)(t，tm)，角度3的信号S1(3)(t，tm)；S2：对步骤S1中假设的线性调频信号S1(1)，S1(2)，S1(3)进行方位向傅里叶变换，将信号转换到距离-多普勒(RD)域，得到信号S2(1)，S2(2)，S2(3)；S3：对步骤S2中得到的信号S2(1)，S2(2)，S2(3)乘上时移因子和得到S3(1)，S3(2)，S3(3)；S4：对步骤S3中所得的各角度结果S3(1)，S3(2)，S3(3)乘上相位补偿因子和得到S4(1)，S4(2)，S4(3)；S5：对步骤S4中所得的结果S4(1)，S4(2)，S4(3)加在一起得到S5；S6：对步骤S5中所得的信号S5进行傅里叶逆变换得到多角度SAR频谱合成后的信号S6；S7：对步骤S6中所得的结果S6实现ChirpScaling算法，得到多角度SAR图像；S8：通过MUSIC谱估计法得到超分辨率SAR图像。2.如权利要求1所述的基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法，其特征在于，所述步骤S1中的信号S1(1)，S1(2)，S1(3)，假设是线性调频信号，其表达式为：其中，t表示距离向快时间，tm表示方位向慢时间，Tp为发射信号脉冲宽度，kr为调频率，fc为中心频率，rect(t/Tp)为矩形窗函数，j为常数。3.如权利要求1所述的基于ChirpScaling的多角度超长聚束SAR超分辨率成像算法，其特征在于，所述步骤S2中，进行方位向傅里叶变换，将信号转换到距离-多普勒(RD)域，信号在RD域可表示为：式中：Rf(ftm；r)＝r[1+Cs(ftm)]＝r+rCs(ftm)其中C为复常数，ftm为方位向频率，Cs(ftm)为弯曲因子，表示信号轨迹与多普勒频率间...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜丽静，张正鹏，宋瑞超，赵爽，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21