一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，具体涉及一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法，根据合成孔径雷达SAR的回波信号、得到子孔径回波信号；根据多普勒中心补偿函数H

A real-time unified imaging method for Spaceborne SAR

The invention belongs to the technical field of radar, in particular to a real-time unified imaging method of spaceborne SAR, according to the echo signal of SAR, the sub aperture echo signal is obtained; according to the Doppler center compensation function H

【技术实现步骤摘要】
一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法
本专利技术属于雷达
，具体涉及一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法。
技术介绍
星载合成孔径雷达SAR因其能够全天时全天候地对地面目标进行两维高分辨成像，在战场侦察、灾害监控、目标识别、资源探测等领域有着广泛的应用。星载SAR一般工作在条带模式居多，为了满足高成像分辨率及宽测绘带的要求，聚束模式、滑动聚束模式、TerrainObservationbyProgressiveScans(TOPS)模式相继被提出，上述四种成像模式为星载SAR主要工作模式。为了使SAR成像结果能及时迅速应用于紧急情况，就需要星载SAR能够进行实时成像处理。目前，针对这四种模式的成像算法已经有很多的研究。对于条带模式，主要有距离多普勒算法RDA，调频变标算法CSA，距离徙动算法RMA以及他们的扩展形式，这些成像算法通常基于方位平移不变性；对于聚束模式，主要有极坐标格式算法PFA，两步处理方法等；对于滑动聚束和TOPS模式，提出了包含方位预处理，扩展线频调变标算法ECS，形变校正等步骤的全孔径算法、基带方位变标算法BAS。但上述这些算法都是针对一种或两种具体的成像模式提出的，不能对四种模式进行统一的成像处理。后来，有基于FrFT的统一聚焦方法提出来满足多种模式下成像处理。在实时处理方面，主要是基于子孔径的处理方法。这种方法中子孔径是重叠的，利用传统条带算法处理每一个子孔径内距离徙动校正RCMC，对子孔径的处理结果拼接实现全孔径的方位脉压。此外还有一种基于改进的浮点CS算法，该方法中只有在特定的时间和频率相位因子才会改变，浮点操作主要是降低运算量。虽然这些方法都具有良好的实时性，但是未能高效利用成像处理系统的工作时间，因为其在录取数据的很长时间处于空闲状态。尤其是星载SAR长探测距离、高方位分辨率等的特点使得其利用率更低。在基于子孔径的方法中，由于子孔径重叠会出现栅瓣，Sun提出一种基于CS-dechirp的实时成像方法，但该方法只针对条带模式，对其他几种模式处理时又会产生方位向混叠的问题。以上成像实时处理算法都只针对特定的SAR模式，而不能同时在多种SAR模式下工作。因而实际处理时，就需要对于不同的模式尤其相应的处理模块，导致研究成本增加，尤其在成像场景未知的情况下。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法，包括：步骤一，接收合成孔径雷达SAR的回波信号，在方位向划分成子孔径进行处理，以得到子孔径回波信号；步骤二，利用多普勒中心补偿函数H1对所述子孔径回波信号的多普勒中心进行补偿，并进行方位向傅里叶变换，以得到多普勒中心补偿后的信号；步骤三，对所述方位向傅里叶变换后的信号采用扩展线频调变标算法实现距离变标、距离校正，以得到完成距离向聚焦后的信号；步骤四，利用相位转换函数H2将所述完成距离向聚焦后的信号方位向的双曲相位函数变为标准的二次相位信号，以得到相位转换后的信号；步骤五，对所述二次相位信号进行去调频和等效多普勒中心平移操作实现子孔径回波信号方位向的聚焦，以得到无混叠的方位向信号；步骤六，利用剩余相位补偿函数H5进行方位向所述剩余相位的补偿，将局部坐标系内的子孔径信号都变换到全局坐标系中，得到第n块子孔径数据的低分辨率的SAR复图像；步骤七，在全局坐标系下的复图像域对每块子孔径SAR复图像进行相干拼接得到全部数据的全分辨率图像。在本专利技术的一个实施例中，步骤一中不同成像模式下的子孔径回波信号s(t,tas；RB)1统一表示如下：其中，场景中任意点目标的瞬时斜距，t为距离向快时间，ar(·)为雷达LFM信号的窗函数，aa(·)为方位波束窗函数，tn为第n块子孔径数据录取的中心时刻，tas为子孔径数据的方位慢时间，v为星载SAR速度，γ为调频率，λ为信号波长。在本专利技术的一个实施例中，步骤二的实现方法如下：2a)对子孔径回波信号进行多普勒中心补偿，多普勒中心补偿函数H1为：H1(t,tas；RB)＝exp(-j2πfnc(tn+tas))；其中，fnc为每块子孔径数据的多普勒中心；2b)对子孔径回波数据的多普勒中心补偿后，对其方位向进行傅里叶变换得到多普勒中心补偿后的信号sn(t,fas；RB)2：其中，FFTa[·]表示沿方位向对信号做傅里叶变换，fas为子孔径信号的方位频率，为等效调频率。在本专利技术的一个实施例中，步骤三的实现方法如下：3a)将多普勒中心补偿后的信号sn(t,fas；RB)2与扩展线频调变标算法第一相位函数Hr1进行方位向频域相乘作变标处理，得到变标处理后的信号：sn(t,fas；RB)2·Hr1；其中，为扩展线频调变标算法的变标因子，Rr为参考距离；3b)对变标处理后的信号进行距离向傅里叶变换，并与扩展线频调变标算法第二相位函数Hr2相乘进行距离压缩、二次距离压缩及距离徙动校正，得到压缩校正后的信号：FFTr[sn(t,fas；RB)2·Hr1]·Hr2；其中，其中，FFTr[·]表示在距离向对信号做傅里叶变换；3c)对压缩校正后的信号结果进行逆傅里叶变换，并与扩展线频调变标算法第三相位函数Hr3相乘进行相位校正，得到完成距离向聚焦后的信号sn(t,fas；RB)3：sn(t,fas；RB)3＝IFFTr[FFTr[sn(t,fas；RB)2·Hr1]·Hr2]·Hr3；其中，IFFTr[·]表示在距离向对信号做逆傅里叶变换。在本专利技术的一个实施例中，步骤四利用相位转换函数H2与完成距离向聚焦后的信号sn(t,fas；RB)3相乘，将方位向的双曲相位转换为标准的二次相位，得到相位转换后的信号sn(t,fas；RB)4；sn(t,fas；RB)4＝sn(t,fas；RB)3·H2；其中：为变标多普勒调频率。在本专利技术的一个实施例中，步骤五中对方位向转为二次相位的信号进行去调频和等效多普勒中心平移操作实现子孔径回波信号方位向的聚焦，与去调频函数H3相乘完成去调频操作，此时每块子孔径数据的等效多普勒中心发生fe会变化，fe＝(Kd-Kscd)·tn，导致方位向频率范围为超出了需等效多普勒中心平移函数H4来调整，解决在方位向产生的混叠现象，其实现方法如下：5a)子孔径复图像的分辨率较低，若想拼接成全分辨率图像，要进行方位聚焦；通常对相位转换后的信号sn(t,fas；RB)4进行方位向逆傅里叶得到逆傅里叶信号变换后的sn(t,tas；RB)5：sn(t,tas；RB)5＝IFFTa[sn(t,tas；RB)4]；5b)逆傅里叶信号变换后的sn(t,tas；RB)5与去调频函数H3(t,tas；RB)、等效多普勒平移函数H4(t,tas；RB)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法，其特征在于，包括：/n步骤一，接收合成孔径雷达SAR的回波信号，在方位向划分成子孔径进行处理，以得到子孔径回波信号；/n步骤二，利用多普勒中心补偿函数H

【技术特征摘要】
1.一种星载合成孔径雷达实时统一成像方法，其特征在于，包括：
步骤一，接收合成孔径雷达SAR的回波信号，在方位向划分成子孔径进行处理，以得到子孔径回波信号；
步骤二，利用多普勒中心补偿函数H1对所述子孔径回波信号的多普勒中心进行补偿，并进行方位向傅里叶变换，以得到多普勒中心补偿后的信号；
步骤三，对所述方位向傅里叶变换后的信号采用扩展线频调变标算法实现距离变标、距离校正，以得到完成距离向聚焦后的信号；
步骤四，利用相位转换函数H2将所述完成距离向聚焦后的信号方位向的双曲相位函数变为标准的二次相位信号，以得到相位转换后的信号；
步骤五，对所述二次相位信号进行去调频和等效多普勒中心平移操作实现子孔径回波信号方位向的聚焦，以得到无混叠的方位向信号；
步骤六，利用剩余相位补偿函数H5进行方位向所述剩余相位的补偿，将局部坐标系内的子孔径信号都变换到全局坐标系中，得到第n块子孔径数据的低分辨率的SAR复图像；
步骤七，在全局坐标系下的复图像域对每块子孔径SAR复图像进行相干拼接得到全部数据的全分辨率图像。


2.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达实时统一成像方法，其特征在于，步骤一中不同成像模式下的子孔径回波信号s(t,tas；RB)1统一表示如下：



其中，场景中任意点目标的瞬时斜距，t为距离向快时间，ar(·)为雷达LFM信号的窗函数，aa(·)为方位波束窗函数，tn为第n块子孔径数据录取的中心时刻，tas为子孔径数据的方位慢时间，v为星载SAR速度，γ为调频率，λ为信号波长。


3.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达实时统一成像方法，其特征在于，步骤二的实现方法如下：
2a)对子孔径回波信号进行多普勒中心补偿，多普勒中心补偿函数H1为：
H1(t,tas；RB)＝exp(-j2πfnc(tn+tas))；
其中，fnc为每块子孔径数据的多普勒中心；
2b)对子孔径回波数据的多普勒中心补偿后，对其方位向进行傅里叶变换得到多普勒中心补偿后的信号sn(t,fas；RB)2：



其中，FFTa[·]表示沿方位向对信号做傅里叶变换，fas为子孔径信号的方位频率，为等效调频率。


4.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达实时统一成像方法，其特征在于，步骤三的实现方法如下：
3a)将多普勒中心补偿后的信号sn(t,fas；RB)2与扩展线频调变标算法第一相位函数Hr1进行方位向频域相乘作变标处理，得到变标处理后的信号：
sn(t,fas；RB)2·Hr1；
其中，为扩展线频调变标算法的变标因子，Rr为参考距离；
3b)对变标处理后的信号进行距离向傅里叶变换，并与扩展线频调变标算法第二相位函数Hr2相乘进行距离压缩、二次距离压缩及距离徙动校正，得到压缩校正后的信号：
FFTr[sn(t,fas；RB)2·Hr1]·Hr2；
其中，



FFTr[·]表示在距离向对信号做傅里叶变换；
3c)对压缩校正后的信号结果进行逆傅里叶变换，并与扩展线频调变标算法第三相位函数Hr3相乘进行相位校正，得到完成距离向聚焦后的信号sn(t,fas；RB)3：
sn(t,fas；RB)3＝IFFTr[FFTr[sn(t,fas；RB)2·Hr1]·Hr2]·Hr3；
其中，
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【专利技术属性】
技术研发人员：孙光才，王玉，刘彦斌，邢孟道，保铮，
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