基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法技术

本发明专利技术公开了基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，包括：S11.构建机载雷达平台成像的几何构型；S12.对构建的几何构型中点目标的回波信号进行线性距离走动徙动校正、KT变换、一致距离徙动校正、二次距离补偿，完成距离向处理；S13.对距离向处理前后点目标的距离历程变化进行分析，建立频域模型得到进行多普勒中心搬移的依据；S14.对回波信号的频谱进行搬移，并结合NLCS算法实现方位均衡及方位压缩处理。本发明专利技术通过对单站SAR的回波特性进行分析，推导了以方位轴点目标为参考点的多普勒参数空变解析式，获得了准确的均衡、压缩函数，提升了NLCS算法的成像性能。

NLCs imaging method of high resolution wide swath SAR Based on frequency domain correction model

【技术实现步骤摘要】
基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法。
技术介绍
SAR作为一种高分辨率成像雷达，其利用雷达平台与目标的相对运动将真实天线孔径合成为大尺寸的等效孔径，进而获得方位向高分辨率，在军事和民用领域发挥了重要作用，然而，SAR系统特殊的几何构型和回波特性在带来诸多优势的同时也使成像算法面临挑战，回波数据的二维空变特性降低了距离单元徙动校正(RangeCellMigrationCorrection，RCMC)的准确性，导致了方位向多普勒参数空变特性分析和均衡难度增加，最终降低成像性能。因此，传统的雷达成像算法难以直接用于处理高分辨宽测绘带单站SAR成像，需要针对其特有问题进行改进。非线性调频变标(Non-LinearChirpScaling,NLCS)算法是经典的SAR成像算法，应用广泛。NLCS算法具有优秀的空变处理能力并且成像效果良好，后续的许多算法都是基于该算法演变而来。虽然NLCS算法能在一定程度上进行单站SAR成像，但是由于NLCS算法在处理过程中对多普勒中心空变分量忽略，使其成像能力具有局限性，而随着斜视角增加和测绘带变宽，忽略的多普勒中心空变分量会严重影响聚焦效果。因此，本专利技术提供了基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，通过对单站SAR的回波特性进行分析，建立频域模型并推导了以方位轴点目标为参考点的多普勒参数空变解析式，获得了准确的均衡、压缩函数，提升了NLCS算法的成像性能。为了实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，包括：S1.构建机载雷达平台成像的几何构型；S2.对构建的几何构型中点目标的回波信号进行线性距离走动徙动校正、KT变换、一致距离徙动校正、二次距离补偿，完成距离向处理；S3.对距离向处理前后点目标的距离历程变化进行分析，建立频域模型得到进行多普勒中心搬移的依据；S4.对回波信号的频谱进行搬移，并结合NLCS算法实现方位均衡及方位压缩处理。进一步的，所述步骤S1具体为：构建机载雷达平台成像几何构型，其中雷达平台以恒定的速度v沿着y轴飞行；雷达平台在方位t＝0时刻的初始位置为(0,yr,hr)，hr表示机载平台的高度；点目标P(x,y,0)的收发斜距和为：其中，t为点目标P的方位时间；将收发斜距和在t＝0处进行泰勒级数展开得到：Rtot(t；x,y,R0)≈Z0+A0t+B0t2+C0t3其中，Z0(R0)＝2R0其中R0表示t＝0时刻点目标与机载平台的斜距；Z0表示t＝0时刻点目标的收发斜距和；A0、B0和C0是展开系数；若雷达发射线性调频信号，则点目标回波信号经过解析之后表示为：其中，τ表示距离向快时间；wr(·)和wa(·)分别表示发射信号的距离向包络和方位向包络；c表示光速；fc表示雷达载波的中心频率；Kr表示距离调频率。进一步的，所述步骤S2中对点目标的回波信号进行线性距离走动徙动校正，表示为：RLRWC(t)＝Z0+A1t+B0t2+C0t3其中，Z0表示距离常量；A1表示残留的距离徙动线性分量；B0、C0均表示距离徙动高阶分量。进一步的，所述步骤S2中进行KT变换，对残留的线性分量进行完全去除，表示为：其中，相位系数为：其中，表示方位调制项；表示距离位置项；表示距离调频项；表示高次距离方位耦合项。进一步的，所述步骤S2中进行一致距离徙动校正、二次距离补偿具体为：以场景中心点为参考点构建一致距离徙动校正滤波器：表示为：对和进行二次距离补偿处理，并以场景中心为参考点构建表示为：进一步的，所述步骤S2中完成距离向处理之后还包括：距离向处理后，点目标的距离历程表示为：Z0+A0t+B0t2+C0t3→Z0＝2R0方位调制项表示为：φaz＝2πfdc(R0)ta+πKa(R0)ta2+πKt(R0)ta3其中，各项系数为：将所述方位调制项转换到方位频域，表示为：φ1(fa；R0,fn)＝-πfdr(R0)(fa-fn)2+πfdr(R0)3Kt(R0)(fa-fn)3。进一步的，所述步骤S3中得到进行多普勒中心搬移的依据，表示为：fdcref(R0)＝fdc(x,R0)其中，x表示参考点方位轴坐标。进一步的，所述步骤S4中对回波信号的频谱进行搬移，表示为：Hfdc＝exp{-j2π(fdcref(R0))ta}。进一步的，所述步骤S4中结合NLCS算法实现方位均衡，其中构建的NLCS的均衡函数表示为：Hnlcs＝exp{jπq3fa3+jπq4fa4}。进一步的，所述步骤S4中实现方位压缩处理，表示为：与现有技术相比，本专利技术针对单站SAR成像中面临的多普勒中心空变问题展开研究，本专利技术通过构建新的参考点和几何关系，改进了NLCS算法的均衡和压缩处理。理论分析和仿真实验也证明，相较于传统的NLCS算法，改进的NLCS算法成像效果良好。同时，本专利技术推导的基于目标坐标的距离模型和多普勒参数空变模型以及成像算法能够为双站非平飞SAR、双站前视SAR等算法成像提供新的研究方向。附图说明图1是实施例一提供的基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法流程图；图2是实施例一提供的一种高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像算法处理流程图；图3是实施例一提供的机载斜视SAR的几何构型示意图；图4是实施例一提供的距离向预处理前后距离历程的变化示意图；图5是实施例一提供的多普勒参数的泰勒近似示意图；其中图5(a)为fdr的泰勒近似；图5(b)为Kt的泰勒近似；图6是实施例二提供的仿真区域点目标排列示意图；图7是实施例二提供的算法整体成像结果示意图；图8是实施例二提供的传统算法方位剖面示意图；其中图8(a)为点目标P1；图8(b)为点目标P2；图8(c)为点目标P3；图9是实施例二提供的算法方位剖面示意图；其中图9(a)为点目标P1；图9(b)为点目标P2；图9(c)为点目标P3；图10是实施例二提供的传统算法成像结果示意图；其中图10(a)为点目标P1；图10(b)为点目标P2；图10(c)为点目标P3；图11是实施例二提供的算法成像结果示意图；其中图11(a)为点目标P本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，其特征在于，包括：/nS1.构建机载雷达平台成像的几何构型；/nS2.对构建的几何构型中点目标的回波信号进行线性距离走动徙动校正、KT变换、一致距离徙动校正、二次距离补偿，完成距离向处理；/nS3.对距离向处理前后点目标的距离历程变化进行分析，建立频域模型得到进行多普勒中心搬移的依据；/nS4.对回波信号的频谱进行搬移，并结合NLCS算法实现方位均衡及方位压缩处理。/n

【技术特征摘要】
1.基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，其特征在于，包括：
S1.构建机载雷达平台成像的几何构型；
S2.对构建的几何构型中点目标的回波信号进行线性距离走动徙动校正、KT变换、一致距离徙动校正、二次距离补偿，完成距离向处理；
S3.对距离向处理前后点目标的距离历程变化进行分析，建立频域模型得到进行多普勒中心搬移的依据；
S4.对回波信号的频谱进行搬移，并结合NLCS算法实现方位均衡及方位压缩处理。


2.根据权利要求1所述的基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：构建机载雷达平台成像几何构型，其中雷达平台以恒定的速度v沿着y轴飞行；雷达平台在方位t＝0时刻的初始位置为(0,yr,hr)，hr表示机载平台的高度；
点目标P(x,y,0)的收发斜距和为：



其中，t为点目标P的方位时间；
将收发斜距和在t＝0处进行泰勒级数展开得到：
Rtot(t；x,y,R0)≈Z0+A0t+B0t2+C0t3
其中，



Z0(R0)＝2R0









其中R0表示t＝0时刻点目标与机载平台的斜距；Z0表示t＝0时刻点目标的收发斜距和；A0、B0和C0是展开系数；
若雷达发射线性调频信号，则点目标回波信号经过解析之后表示为：



其中，τ表示距离向快时间；wr(·)和wa(·)分别表示发射信号的距离向包络和方位向包络；c表示光速；fc表示雷达载波的中心频率；Kr表示距离调频率。


3.根据权利要求2所述的基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，其特征在于，所述步骤S2中对点目标的回波信号进行线性距离走动徙动校正，表示为：
RLRWC(t)＝Z0+A1t+B0t2+C0t3
其中，Z0表示距离常量；A1表示残留的距离徙动线性分量；B0、C0均表示距离徙动高阶分量。


4.根据权利要求3所述的基于频域矫正模型的高分辨宽测绘带SAR频域NLCS成像方法，其特征在于，所述步骤S2中进行KT变换，对残留的线性分量进行完全去除，表示为：







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【专利技术属性】
技术研发人员：钟华，王梦圆，李世平，赵荣华，丁颖铖，曹佳熠，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33