基于改进PFA的聚束SAR成像方法及其DSP实现技术

本发明专利技术公开了一种基于改进PFA的聚束SAR成像方法及其DSP实现，成像方法包括以下步骤：雷达接收回波数据并进行运动误差补偿；方位向重采样；距离向相位补偿；方位调频率估计及补偿，方位向脉冲压缩；距离向几何校正；自聚焦和图像多视量化。该成像过程在DSP‑TMS320C6678硬件平台上实现，八个内核协作完成整个成像处理过程。本发明专利技术能够解决传统二维插值带来的计算量大及经典PFA算法假设波前为平面导致的图像几何失真和散焦的问题；且该方法的DSP实现采用高性能多核DSP‑TMS320C6678硬件平台，实现聚束SAR的实时成像。

Spotlight SAR imaging method based on improved PFA and Its DSP Implementation

【技术实现步骤摘要】
基于改进PFA的聚束SAR成像方法及其DSP实现
本专利技术涉及雷达信号处理
，具体涉及基于改进PFA的聚束SAR成像方法及其DSP实现，适用于机载雷达实时成像。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，简称SAR)成像技术由于能够实现对观测场景的二维高分辨成像，极大提升了雷达的信息获取和感知能力，在军事和民用领域展现出卓越的应用价值和广阔的应用前景。聚束SAR是雷达实时成像的重要工作模式，可通过控制天线的波束指向，使其长时间照射成像区域，获得更长时间的合成孔径时间，从而提高了SAR成像的方位分辨率，极坐标格式算法(PolarFormatAlgorithm，简称PFA)是聚束SAR模式的经典算法，该算法采用极坐标格式存储数据，不仅有效地解决了远离成像区中心散射点的越分辨单元走动问题，提高了聚束SAR的有效聚焦成像范围；同时该算法方位重采样过程本质上包含一个keystone变换，能够自动校正包括运动目标在内的所有目标的线性距离走动，对运动目标成像时，仍能使目标残留距离徙动不超出一个距离分辨单元。但是PFA算法假本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进PFA的聚束SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，SAR接收回波数据，并对回波数据进行运动误差补偿，得到运动误差补偿后的回波数据；/n步骤2，对于运动误差补偿后的回波数据，沿航迹方向对每个输入脉冲对应的方位采样点进行重采样，得到方位向重采样回波数据；对方位向重采样回波数据进行距离向相位补偿，得到距离向相位补偿后的回波数据；/n步骤3，采用子孔径相关法对距离向相位补偿后的回波数据进行多普勒调频率的估计，得到多普勒调频率估计向量

【技术特征摘要】
1.一种基于改进PFA的聚束SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，SAR接收回波数据，并对回波数据进行运动误差补偿，得到运动误差补偿后的回波数据；
步骤2，对于运动误差补偿后的回波数据，沿航迹方向对每个输入脉冲对应的方位采样点进行重采样，得到方位向重采样回波数据；对方位向重采样回波数据进行距离向相位补偿，得到距离向相位补偿后的回波数据；
步骤3，采用子孔径相关法对距离向相位补偿后的回波数据进行多普勒调频率的估计，得到多普勒调频率估计向量根据多普勒调频率估计向量构造二次相位补偿函数，采用二次相位补偿函数对距离向补偿后的回波数据进行方位向二次相位误差补偿，得到方位向二次补偿后的回波数据；
步骤4，对所述方位向二次补偿后的回波数据进行方位向脉压处理，得到脉压后的图像域回波数据；构造几何校正因子，对脉压后的图像域回波数据进行距离几何校正，得到几何校正后的回波数据；
步骤5，采用相位梯度自聚焦算法对几何校正后的回波数据进行高阶残余相位误差估计，得到高阶残余相位误差估计矩阵，采用高阶残余相位误差估计矩阵对几何校正后的回波数据进行残余相位补偿，得到聚焦图像；
步骤6，计算聚焦图像的多视点数，基于多视点数对聚焦图像进行相干斑点抑制；再对相干斑抑制后的图像进行多视量化，得到聚焦后的平滑灰度图像。


2.根据权利要求1所述的基于改进PFA的聚束SAR成像方法，其特征在于，所述对回波数据进行运动补偿，具体为：
1.1，设飞机以匀速v运动，目标与天线之间的理想斜距为R0(t，R)，飞机的理想航行角为θ0，飞机的偏离位移为瞬时斜距为R(t，R)，在x轴、y轴、z轴三个方向各增加位移分量Δx(t)、Δy(t)、Δz(t)，对应其速度分量分别为Δvx(t)、Δvy(t)、Δvz(t)；则飞机的瞬时斜距与理想斜距之间的关系为：



其中，速度ve为飞机东向速度分量，vn为飞机北向速度分量，真实航向角θ＝arctan(ve/vn)，x轴方向速度分量y轴方向速度分量z轴方向速度分量vd飞机天向速度分量，H为雷达工作高度；ΔR(t，R)为运动误差；
1.2，在距离频域构造补偿滤波器H(fτ)，采用补偿滤波器H(fτ)对回波数据的运动误差进行补偿，即采用H(fτ)点乘回波数据，得到运动误差补偿后的回波数据；



其中，fc为雷达发射信号载频，fτ为第τ点对应的信号频率，c为光速。


3.根据权利要求1所述的基于改进PFA的聚束SAR成像方法，其特征在于，所述沿航迹方向对每个输入脉冲对应的方位采样点进行重采样为采用延航迹方向的一维插值完成方位向重采样，具体为：
2.1，采用16点sinc插值法，使用sinc系数对样本点坐标位于[N-8，N+8)范围内的所有运动误差补偿后的回波数据进行加权求和，得到插值结果；sinc系数的计算公式为：



其中，N是插值点总数，Ni是插值点坐标；
2.2，16点sinc插值的时域重建方程为：



其中，f(x)为x处的插值结果，fd(i)为在x＝i处的样本值。


4.根据权利要求3所述的基于改进PFA的聚束SAR成像方法，其特征在于，所述对方位向重采样回波数据进行距离向相位补偿，具体为：
2.3，根据雷达运动平台的参数，分别计算出相位补偿因子φ1(fτ)、φ2(fτ)、φ3(fτ)，具体为：









其中，τ为采样序号，fc为雷达发射信号载频，为理论调频斜率，λ为雷达发射波长，Rn是目标到雷达的距离，c为光速，Ra＝τ·dR，fs为采样频率；PRF表示脉冲重复频率，表示飞机到成像区域中心的地面距离，Rs为中心斜距；nan为回波数据的方位向点数；
2.4，采用相位补偿因子φ1(fτ)、φ2(fτ)、φ3(fτ)对方位向重采样回波数据进行距离向相位补偿，即φ1(fτ)与方位向重采样回波数据进行点乘后再依次与φ2(fτ)、φ3(fτ)点乘，得到距离向相位补偿后的回波数据。


5.根据权利要求1所述的基于改进PFA的聚束SAR成像方法，其特征在于，所述采用子孔径相关法对距离向相位补偿后的回波数据进行多普勒调频率的估计，其具体过程为：
3.1，设距离向相位补偿后的回波数据中任一距离单元的回波数据为s(t)＝a(t)exp(jπfkat2)，将该回波数据分为前子孔径回波数据s1(t)和后子孔径回波数据s2(t)：






其中，a(t)为t时刻的回波数据的幅度，M为前子孔径或后子孔径的方位向采样点数；fka为多普勒调频斜率，t为时间；PRF为脉冲重复频率；
3.2，对前子孔径回波数据s1(t)和后子孔径回波数据s2(t)分别做傅里叶变换，得到对应频域回波数据：






其中，






3.3，根据子孔径相关法的原理可知：



则根据前子孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王虹现，高壮壮，张艺坤，谭高伟，
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