一种星载SAR成像处理方法技术

一种星载合成孔径雷达成像处理方法，该方法包括分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型；去除原始回波信号中距离向冗余采样数据，通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，得到完全聚焦图像。本发明专利技术提供的方法结合星载SAR高分辨大斜视处理信号模型，分析了现有模型和算法的处理边界条件，对星载SAR成像处理算法选型具有一定的参考，此外，本发明专利技术通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，有效地解决了二维频谱严重耦合和速度空变难题，减小了距离向冗余采样，节约了运算所需资源和时间，极大地促进了星载SAR对地观测应用。

An image processing method of spaceborne SAR

【技术实现步骤摘要】
一种星载SAR成像处理方法
本专利技术涉及雷达成像
领域，尤其涉及一种星载SAR成像处理方法。
技术介绍
星载合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，简称SAR)是一种主动式微波遥感设备，具有全天时、全天候、二维高分辨、强穿透性、多功能、多用途等特点，在海洋搜救、灾害监测、战场侦查、地图测绘等领域发挥着重要的作用。由于星载SAR具有较大的观测范围，目前已成为主流的对地观测手段。目前，星载SAR大多工作在正侧视和小斜视情况下，为了更及时、灵活地获取精细对地SAR图像，星载SAR高分辨大斜视模式将被频繁采用。然而高分辨星载SAR往往对应更长的合成孔径时间，卫星运动轨迹不再等效于一条直线，导致传统斜距模型失效；而且，方位向大斜视角将引入大量的距离向冗余采样和强烈的距离方位耦合，导致后期处理数据量急剧增加和传统成像处理算法精度下降。因此，传统模型和处理算法不再满足星载SAR高分辨大斜视快速、高精度图像聚焦要求，将限制星载SAR的应用场景。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种星载SAR高分辨大斜视成像处理方法，解决二维频谱耦合严重和速度空变难题，减小距离向冗余采样，节约运算所需资源和时间。(二)技术方案一种星载合成孔径雷达成像处理方法，该方法包括：分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型；去除原始回波信号中距离向冗余采样数据，通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，得到完全聚焦图像。上述方案中，分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型，包括：确定斜距模型引入的相位误差Δψ；将原始回波信号转换到二维频域确定处理边界条件。其中，相位误差Δψ：Δψ＝4πΔR/λ其中，ΔR表示斜距模型引入的最大距离误差，λ表示波长，当Δψ＜π/4时斜距模型适用。其中，将原始回波信号转换到二维频域确定处理边界条件，确定的处理边界条件为：Kr(Z+M)＜＜1其中，Kr为不考虑斜视影响时的距离向调频率，Z和M为中间变量，c表示光速，R0表示最短斜距，fη表示多普勒频率，f0表示载频，Vr表示等效速度，D表示徙动因子，fηc表示多普勒中心频率。上述方案中，去除原始回波信号中距离向冗余采样数据是通过距离移位校正距离走动量实现，距离位移函数为：其中，fτ为距离向频率，η为方位向采样时刻，c为光速，Vr为等效速度，θsq为斜视角。上述方案中，通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，得到完全聚焦图像包括：计算双曲线形式的距离模型误差并在回波域进行补偿得到补偿后的二维时域第一回波数据；将第一回波数据变换到距离频域，校正斜视角引入的距离走动，然后变换到二维时域截取距离向有效数据，最终去除滑聚模式方位向频谱混叠后得到二维时域第二回波数据；将第二回波数据变换到二维频域并与参考相位相乘，将距离向分块处理，根据相位误差阀值确定距离向分块大小，完成非参考距离处的残余相位补偿，得到完全聚焦图像。其中，去除滑聚模式方位向频谱混叠采用Deramp变标操作。其中，根据相位误差阀值确定距离向分块大小采用以下公式进行：其中，Δψsrc，R为残余相位误差，ΔR为到参考距离Rref的距离，Vr为等效速度，Ts为合成孔径时间。(三)有益效果本专利技术提供的星载合成孔径雷达成像处理方法结合星载SAR高分辨大斜视处理信号模型，详细分析了现有模型和算法的处理边界条件，对星载SAR成像处理算法选型具有重要的参考价值，此外，本专利技术通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，有效地解决了二维频谱严重耦合和速度空变难题，减小了距离向冗余采样，节约了运算所需资源和时间，极大地促进了星载SAR对地观测应用。附图说明图1为本专利技术实施例提供的星载合成孔径雷达成像处理方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的高轨星载SAR滑动聚束模式的成像几何示意图；图3为本专利技术实施例中通过斜距模型误差和高次相位误差补偿完成星载SAR高分辨大斜视数据处理流程图；图4为本专利技术实施例中高轨星载SAR大斜视情况下HRE斜距模型适用边界分析结果；图5为本专利技术实施例中高轨星载SAR大斜视情况下补偿前后Kr(Z+M)边界分析结果；图6为本专利技术实施例中高轨星载SAR大斜视情况下剔除距离向无效数据前后回波数据的对比结果图，其中(a)图为仿真点阵目标分布示意图，(b)图为剔除距离向无效数据前回波数据的结果图，(c)图为剔除距离向无效数据后回波数据的结果图；图7为本专利技术实施例点目标仿真数据二维频谱和“哑铃形”距离向脉压结果，其中(a)图为点目标仿真数据二维频谱图，(b)图为“哑铃形”距离向脉压结果图；图8为本专利技术实施例点目标仿真数据二维脉压结果，其中(a)为二维聚焦结果图，(b)为距离向切面图，(c)为方位向切面。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1为本专利技术实施例提供的星载合成孔径雷达成像处理方法流程图，该方法包括：分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型；去除原始回波信号中距离向冗余采样数据，通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，得到完全聚焦图像。步骤一：分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型。以高分辨率星载SAR滑动聚束模式成像几何为例，如图2所示，在长合成孔径时间下，卫星运行轨迹是一条略微弯曲的曲线，具有非线性性。而HRE模型将卫星运行轨迹默认为是一条直线，因此双曲线形式的距离模型(HyperbolicRangeEquation，HRE)描述的斜距历程与目标真实的斜距历程间存在误差，而且该误差随着合成孔径时间的增大而增大。假设对于目标PT2，HRE模型引入的最大距离误差为ΔR，对应相位误差Δψ为4πΔR/λ，其中λ表示波长，当Δψ＜π/4时，HRE模型适用；当Δψ＞π/4时，HRE模型将导致方位向散焦。因此，星载SAR高分辨成像处理时，斜距模型引入的相位误差Δψ是需要考虑的处理边界条件。分析完斜距模型适用边界条件后，利用驻定相位原理(POSP)，将原始回波信号转换到二维频域，校正多普勒中心后，可表示为：其中，S2df为二维频域的回波数据，fτ为距离向频率，fη为多普勒频率，c为光速，Kr为不考虑斜视影响时的距离向调频率，Vr为等效速度，R0为最短斜距，f0为载频，fηc为多普勒中心频率，D为徙动因子，θa(fτ，fη)为相位项，Wr(fτ)是距离频谱包络，Wa(fη本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载合成孔径雷达成像处理方法，其特征在于，该方法包括：/n分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型；/n去除原始回波信号中距离向冗余采样数据，通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，得到完全聚焦图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种星载合成孔径雷达成像处理方法，其特征在于，该方法包括：
分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型；
去除原始回波信号中距离向冗余采样数据，通过对斜距模型误差和高次相位误差的补偿实现星载SAR高分辨大斜视数据处理，得到完全聚焦图像。


2.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达成像处理方法，其特征在于，所述分析星载合成孔径雷达成像传统双曲线斜距模型和解析推导适用边界条件，完成算法选型，包括：
确定斜距模型引入的相位误差Δψ；
将原始回波信号转换到二维频域确定处理边界条件。


3.根据权利要求2所述的星载合成孔径雷达成像处理方法，其特征在于，所述相位误差Δψ：
Δψ＝4πΔR/λ
其中，ΔR表示斜距模型引入的最大距离误差，λ表示波长，当Δψ＜π/4时斜距模型适用。


4.根据权利要求2所述的星载合成孔径雷达成像处理方法，其特征在于，所述将原始回波信号转换到二维频域确定处理边界条件，确定的处理边界条件为：
Kr(Z+M)＜＜1
其中，Kr为不考虑斜视影响时的距离向调频率，Z和M为中间变量，c表示光速，R0表示最短斜距，fη表示多普勒频率，f0表示载频，Vr表示等效速度，D表示徙动因子，fηc表示多普勒中心频率。


5.根据权利要求1所述的星载合成孔径雷达成像处理方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓蓓，刘亚波，刘霖，行坤，喻忠军，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11