基于半径角度插值的高超声速机动平台SAR成像方法技术

本发明专利技术提出了一种基于半径角度插值的高超声速机动平台SAR成像方法，用于解决现有技术中存在的对具有高度起伏的目标场景成像时聚焦精度较差的技术问题。实现步骤为：构建搭载SAR成像系统的高超声速机动平台模型；计算高超声速机动平台到探测场景任意一点A的斜距历程展开式；计算SAR成像系统接收的基频回波信号；对基频回波信号进行距离脉压处理；对距离脉压后的距离频域信号进行一致相位补偿；对一致相位补偿后的距离频域信号进行半径角度二维插值。本发明专利技术通过在斜距速度张成的曲面进行半径角度二维插值，对一致相位补偿后的剩余相位进行补偿，有效地提高了SAR回波数据的聚焦精度，有助于获得高质量的SAR图像。

SAR imaging method of hypersonic maneuvering platform based on radius angle interpolation

The invention proposes a SAR imaging method of hypersonic maneuvering platform based on radius angle interpolation, which is used to solve the technical problem existing in the prior art that the focus accuracy is poor when imaging the target scene with high fluctuation. The realization steps are as follows: building the model of the hypersonic mobile platform with SAR imaging system; calculating the oblique distance history expansion from the hypersonic mobile platform to any point a in the detection scene; calculating the basic frequency echo signal received by the SAR imaging system; processing the basic frequency echo signal with distance pulse pressure; compensating the distance frequency domain signal after distance pulse pressure with consistent phase; compensating the consistent phase The compensated distance frequency domain signal is interpolated with radius angle. In the invention, the residual phase after the uniform phase compensation is compensated by the radius angle two-dimensional interpolation on the curved surface stretched by the skew speed, which effectively improves the focusing accuracy of the SAR echo data and helps to obtain the high-quality SAR image.

【技术实现步骤摘要】
基于半径角度插值的高超声速机动平台SAR成像方法
本专利技术属于雷达
，涉及一种高超声速机动平台SAR成像方法，具体涉及一种基于半径角度插值的高超声速机动平台SAR成像方法，可用于在高超声速机动平台上对存在高度起伏的场景进行合成孔径雷达SAR成像。
技术介绍
合成孔径雷达SAR(SyntheticApertureRadar)成像理论和雷达成像技术在近几年来得到了很大发展，并得到了广泛的应用。传统SAR成像算法主要包括后向投影算法，距离多普勒算法，波数域算法和极坐标算法等。搭载SAR成像系统的高超声速机动平台是一种飞行在高度为20km～30km的临近空间，飞行速度大于5马赫的SAR成像平台，该SAR成像平台具有成像区域广，机动性和隐蔽性强等优点，是未来SAR技术应用的主要发展方向之一。影响成像结果的指标主要分为成像结果聚焦精度以及成像速度两大类。其中，成像结果聚焦精度主要受到SAR成像平台飞行速度及加速度，目标场景的高度起伏，以及成像算法等因素的影响。由于高超声速机动平台的高飞行速度和加速度，会造成SAR回波信号出现非常大的距离徙动，并且距离向和方位向存在严重的耦合。这些问题使得传统SAR成像算法不再适用于高超声速机动平台SAR成像。例如：授权公告号CN103454635B，名称为“基于高超声速飞行器平飞段的前斜视SAR成像方法”的专利技术专利，公开了一种基于高超声速飞行器平飞段的前斜视SAR成像方法，该方法通过对雷达回波信号进行时域校正距离走动处理，对二维频域信号进行距离向脉冲压缩以及二次脉冲压缩处理，对距离向处理结果进行方位向脉冲压缩以及空变补偿处理，得到二维聚焦图像。该方法能够提高在匀速直线飞行模式下的高超声速飞行器的SAR成像聚焦精度。但是由于该方法没有考虑加速度对聚焦精度的影响，且只考虑了理想二维平面目标场景，没有考虑目标场景的高度起伏对于聚焦精度的影响，导致存在加速度的SAR成像平台在对存在高度起伏的目标场景进行成像时，目标聚焦不精确，无法良好成像。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于半径角度插值的高超声速机动平台SAR成像方法，用于解决现有技术中存在的对具有高度起伏的目标场景成像时聚焦精度较差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：(1)构建搭载SAR成像系统的高超声速机动平台模型：假设搭载SAR成像系统的高超声速机动平台在xOyz坐标系中以(0,0,Hz)为初始坐标沿y轴作曲线轨迹运动，(0,0,Hz)到探测场景任意一点A的初始斜距为rA，到探测场景参考点C的参考斜距为rC，搭载SAR成像系统的高超声速机动平台的方位时间为η，，初始速度为v，加速度为a，v与rA及rC的夹角分别为θ和θc，搭载SAR成像系统的高超声速机动平台到A的斜距历程为到探测场景参考点C的参考斜距历程为SAR成像系统的距离时间为tr，发射信号为s(tr,η)；(2)计算|rA(η)|的展开式：对搭载SAR成像系统的高超声速机动平台到探测场景任意一点A的斜距历程|rA(η)|进行矢量泰勒展开，得到|rA(η)|的展开式：|rA(η)|＝|rC(η)|+ζρ(η)·Δρ+ζθ(η)·Δθ其中，初始斜距rA的模值与参考斜距rC的模值的差为Δρ，Δρ＝|rA|-|rC|，ζρ(η)是Δρ的展开系数，初始夹角θ的余弦值与参考夹角θc的余弦值的差为Δθ，Δθ＝cosθ-cosθC，ζθ(η)是Δθ的展开系数；(3)计算SAR成像系统接收的基频回波信号s1(tr,η)：将|rA(η)|的展开式带入SAR成像系统的发射信号s(tr,η)中，得到SAR成像系统接收的回波信号s0(tr,η)，并对s0(tr,η)进行下变频，得到SAR成像系统接收的基频回波信号s1(tr,η)；(4)对s1(tr,η)进行距离脉压处理：(4b)对SAR成像系统接收到的基频回波信号s1(tr,η)进行傅里叶变换，得到s1(tr,η)的距离频域回波信号s2(fr,η)；(4b)通过距离脉压函数H1对距离频域回波信号s2(fr,η)进行距离脉压，得到距离脉压后的距离频域回波信号s3(Kr,η)；(5)对s3(Kr,η)进行一致相位补偿：(5a)构建一致相位补偿函数H2(Kr,η)：H2(Kr,η)＝exp(jKr|rC(η))；(5b)通过一致相位补偿函数H2(Kr,η)对距离脉压后的距离频域信号s3(Kr,η)进行一致相位补偿，得到一致相位补偿后的距离频域信号s4(Kr,η)；(6)对s4(Kr,η)进行半径角度二维插值：(6a)分别计算一致相位补偿后的距离频域信号s4(Kr,η)的半径波数Kρ和角度波数Kθ：(6b)对半径波数Kρ和角度波数Kθ分别进行sinc核函数h(η)插值，得到包含均匀半径波数K'ρ和均匀角度波数K'θ的半径角度信号s5(K'ρ,K'θ)；(6c)对半径角度信号s5(K'ρ,K'θ)进行二维逆傅里叶变换，得到SAR聚焦图像S6(tr,η)。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：本专利技术由于对搭载SAR成像系统的高超声速机动平台的斜距历程进行矢量泰勒展开，考虑了平台加速度对于斜距历程的影响，并根据斜距历程的展开式，对回波信号进行了一致相位补偿，然后在由斜距和速度张成的曲面上对一致相位补偿后的回波信号进行半径角度二维插值，弥补了现有技术中由于在理想二维平面进行插值而导致的对存在高度起伏的目标成像聚焦精度较差的缺陷，从而使得本专利技术能够用于解决现有技术中存在的对具有高度起伏的目标场景成像时聚焦精度较差的技术问题。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术仿真实验采用的地面场景布点图；图3为本专利技术和现有技术对地面场景中不同的点目标的成像结果等高线仿真图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。参照图1，本专利技术包括如下步骤。步骤1)构建搭载SAR成像系统的高超声速机动平台模型：假设搭载SAR成像系统的高超声速机动平台在xOyz坐标系中以(0,0,Hz)为初始坐标沿y轴作曲线轨迹运动，(0,0,Hz)到探测场景任意一点A的初始斜距为rA，到探测场景参考点C的参考斜距为rC，搭载SAR成像系统的高超声速机动平台的方位时间为η，，初始速度为v，加速度为a，v与rA及rC的夹角分别为θ和θc，搭载SAR成像系统的高超声速机动平台到A的斜距历程为到探测场景参考点C的参考斜距历程为SAR成像系统的距离时间为tr，发射信号为s(tr,η)；本实施例中，初始坐标的Z轴坐标Hz＝20km，初始速度v＝(800,1500,-500)m/s，加速度a＝(20,50,-20)m/s2，参考斜距rC＝(10,40,-20)km；步骤2)计算|rA(η)|的展开式：由于斜距历程为矢量表示形式，不利于后续对信号进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于半径角度插值的高超声速机动平台SAR成像方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)构建搭载SAR成像系统的高超声速机动平台模型：/n假设搭载SAR成像系统的高超声速机动平台在xOyz坐标系中以(0,0,H

【技术特征摘要】
1.一种基于半径角度插值的高超声速机动平台SAR成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)构建搭载SAR成像系统的高超声速机动平台模型：
假设搭载SAR成像系统的高超声速机动平台在xOyz坐标系中以(0,0,Hz)为初始坐标沿y轴作曲线轨迹运动，(0,0,Hz)到探测场景任意一点A的初始斜距为rA，到探测场景参考点C的参考斜距为rC，搭载SAR成像系统的高超声速机动平台的方位时间为η，，初始速度为v，加速度为a，v与rA及rC的夹角分别为θ和θc，搭载SAR成像系统的高超声速机动平台到A的斜距历程为到探测场景参考点C的参考斜距历程为SAR成像系统的距离时间为tr，发射信号为s(tr,η)；
(2)计算|rA(η)|的展开式：
对搭载SAR成像系统的高超声速机动平台到探测场景任意一点A的斜距历程|rA(η)|进行矢量泰勒展开，得到|rA(η)|的展开式：
|rA(η)|＝|rC(η)|+ζρ(η)·Δρ+ζθ(η)·Δθ
其中，初始斜距rA的模值与参考斜距rC的模值的差为Δρ，Δρ＝|rA|-|rC|，ζρ(η)是Δρ的展开系数，初始夹角θ的余弦值与参考夹角θc的余弦值的差为Δθ，Δθ＝cosθ-cosθC，ζθ(η)是Δθ的展开系数；
(3)计算SAR成像系统接收的基频回波信号s1(tr,η)：
将|rA(η)|的展开式带入SAR成像系统的发射信号s(tr,η)中，得到SAR成像系统接收的回波信号s0(tr,η)，并对s0(tr,η)进行下变频，得到SAR成像系统接收的基频回波信号s1(tr,η)；
(4)对s1(tr,η)进行距离脉压处理：
(4a)对SAR成像系统接收到的基频回波信号s1(tr,η)进行傅里叶变换，得到s1(tr,η)的距离频域回波信号s2(fr,η)；
(4b)通过距离脉压函数H1对距离频域回波信号s2(fr,η)进行距离脉压，得到距离脉压后的距离频域回波信号s3(Kr,η)；
(5)对s3(Kr,η)进行一致相位补偿：
(5a)构建一致相位补偿函数H2(Kr,η)：
H2(Kr,η)＝exp(jKr|rC(η)|)；
(5b)通过一致相位补偿函数H2(Kr,η)对距离脉压后的距离频域信号s3(Kr,η)进行一致相位补偿，得到一致相位补偿后的距离频域信号s4(Kr,η)；
(6)对s4(Kr,η)进行半径角度二维插值：
(6a)分别计算一致相位补偿后的距离频域信号s4(Kr,η)的半径波数Kρ和角度波数Kθ：



(6b)对半径波数Kρ和角度波数Kθ分别进行sinc核函数h(η)插值，得到包含均匀半径波数K'ρ和均匀角度波数K'θ的半径角度信号s5(K'ρ,K'...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐世阳，蒋丞浩，张林让，张娟，刘楠，
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