本发明专利技术公开了一种基于最佳抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法，该成像方法根据SAR距离向和方位向上的相关成像参数，设计初始抽样序列长度的计算公式；利用获得的初始抽样序列长度以及SAR图像质量性能评估的相应准则，在合理区间变化范围内结合曲线极值确定距离向和方位向最佳抽样序列长度，旨在为全局最优成像提供最佳抽样数据长度支撑，以此为基础构建高分辨SAR成像方法；本发明专利技术包括SAR回波信号应用分数阶Fourier变换的阶数计算，设定抽样序列长度约束条件和高分辨SAR成像方法的构建具体方法步骤。本发明专利技术在合成孔径雷达成像中克服了传统距离多普勒方法成像质量低的问题，显著提高了SAR图像距离向和方位向分辨率。著提高了SAR图像距离向和方位向分辨率。著提高了SAR图像距离向和方位向分辨率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法
[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达成像方法，尤其涉及一种基于抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法。
技术介绍
[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)广泛应用于军事和民用领域。目前距离多普勒(Range Doppler，RD)方法虽然在许多模式的SAR成像处理中，尤其是正侧视SAR成像处理中仍然广为使用，但是其较低精度的SAR图像质量越来越不能满足当前实际应用的需要。
[0003]分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform，FrFT)是一种广义的Fourier变换，它是一种统一的时频变换，随着变换阶数从0连续增长到1而展示出信号从时域逐步变化到频域的所有特征。近年来，将分数阶Fourier变换应用于SAR成像处理中，已有文献通过定义旋转中心距离，利用分数阶Fourier变换得到基于参数的聚焦方法，该方法适用于条带SAR、聚束SAR和扫描SAR成像，三种模式的SAR数据都可以通过选择合适的参数以及分数阶Fourier变换旋转角来进行处理。已有文献利用分数阶Fourier变换在旋转的时频平面内获得单视复图像(single-look complex，SLC)的特征描述符，并与传统多尺度方法如Gabor滤波、二阶统计量和谱分析法作对比分析，测试结果表明该方法更适合用来对地面目标进行SAR图像分类。已有文献将分数阶Fourier变换应用于传统的RD方法，虽然可获得SAR成像性能的提高，但同时计算复杂度也相应增加。已有文献通过局部最优处理来测量SAR回波信号的调频率并以此计算FrFT的最优阶数，所研究方法在提高弹载SAR成像性能方面是有效的但不具有适用的普遍性。
[0004]为解决弹载SAR大距离徙动及空间时变性，已有文献提出一种新的基于分数阶Fourier变换的CS方法，该方法通过近似选择距离向和方位向分数阶Fourier变换的旋转角，获得比传统CS方法更优的SAR图像。已有文献将分数阶Fourier变换应用于星载SAR的数据处理，利用分数阶Fourier变换在旋转时频平面上表征SAR信号，达到最优处理和分析动目标在方位向上的残余Chirp信号。为获得地面动目标清晰的SAR图像，已有文献提出分数阶Fourier变换与自适应迭代模糊数方法相结合的多普勒参数估计方法，已有文献提出联合利用Wigner-Ville分布和分数阶Fourier变换实时估计多普勒参数的方法，并且观测信号的WVD处理决定分数阶Fourier变换的旋转角。已有文献针对地面合成孔径雷达(GB-SAR)或其它由物理或合成线性孔径构成的雷达系统，研究了基于分数傅里叶变换(FrFT)进行方位压缩的成像方法。同年，已有文献利用距离-频率变量的等间隔采样，研究了基于距离-频率反变换分数傅里叶变换(RFRT-FrFT)的合成孔径雷达地面运动目标成像新方法。在满足SAR成像基本要求的抽样序列长度条件下，已有文献提出适用于方位向的SAR局部最优成像方法。
[0005]尽管众多学者在分数阶Fourier变换聚焦特性方面做了大量研究工作，针对分数阶Fourier变换的SAR成像方法也进行了较为深入的研究，但是为解决传统距离多普勒方法
成像精度低的问题，将分数阶Fourier变换应用于该方法以获得全局最优效果的SAR成像处理方法一直是一个亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0006]专利技术目的：本专利技术提出一种基于抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法，即根据距离向和方位向最佳抽样长度的约束条件构建高分辨率SAR成像方法，旨在解决传统距离多普勒方法成像精度低的问题。
[0007]技术方案：本专利技术基于抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法，包括以下步骤：
[0008](1)SAR回波信号应用分数阶Fourier变换的阶数计算；
[0009](1.1)信号模型构建
[0010]假定SAR在任意位置发射的LFM(Linear Frequency Modulation)信号如式(1)所示：
[0011][0012]其中τ为快时间变量，T
r
为脉冲宽度，f
c
为载波频率，κ
r
为SAR回波信号的调频率，c为光速，rect(
·
)为矩形窗函数。
[0013](1.2)分数阶Fourier变换定义式
[0014]连续信号f(x)的分数阶Fourier变换定义式为
[0015][0016]其中K
α
(u,x)为分数阶Fourier变换的核函数，α为旋转角度且μ为分数阶Fourier变换的阶数。
[0017](1.3)方位向最优阶数计算
[0018]SAR方位向回波信号近似为LFM信号，如式(3)所示：
[0019]s
a
(t)＝W
a
(t)exp(j2πf
dc
t+jπκ
a
t2)
ꢀꢀ
(3)
[0020]其中f
dc
为多普勒中心频率，κ
a
为方位向调频率，W
a
(t)＝rect(t/T
a
),T
a
为合成孔径时间。根据式(2)和式(3)进行变换分析计算SAR方位向回波信号运用分数阶Fourier变换时的最优阶数为
[0021][0022]其中arctan(
·
)为反正切函数，N
a
为方位向抽样序列长度，F
a
为方位向抽样频率。
[0023](1.4)距离向最优阶数计算
[0024]考虑回波信号的延迟，根据式(1)和式(2)进行变换分析计算SAR距离向回波信号，运用分数阶Fourier变换时的最优阶数为
[0025][0026]其中N
r
为距离向抽样序列长度，F
r
为距离向抽样频率。
[0027](2)设定抽样序列长度约束条件
[0028](2.1)初始序列长度设定
[0029]设PRF表示脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency)，则距离向初始序列长度方位向初始序列长度分别如式(6)和式(7)所示：
[0030][0031][0032]其中INT[
·
]表示取整函数，γ、δ表示变常数，在机载SAR成像时取γ＝1.2、δ＝1.2。对于星载SAR，由于卫星平台运行速度很快，SAR成像时合成孔径时间T
a
很小，因此根据实际情况δ取较大值。
[0033](2.2)最佳抽样序列长度确定
[0034]分别以初始序列数值为中心，在设定范围内改变(增大或减小)抽样序列长度，观察SAR图像分辨率，同时结合图像的性能评估指标，最终确定最佳的抽样序列长度计算表达式，分别如式(8)、式(9本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)SAR回波信号应用分数阶Fourier变换的阶数计算；(2)设定抽样序列长度约束条件；(3)高分辨SAR成像方法的构建。2.根据权利要求1所述的基于抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法，其特征在于：步骤(1)包括以下内容：(1.1)信号模型构建假定SAR在任意位置发射的LFM信号如式(1)所示：其中τ为快时间变量，T
r
为脉冲宽度，f
c
为载波频率，κ
r
为SAR回波信号的调频率，c为光速，rect(
·
)为矩形窗函数；(1.2)分数阶Fourier变换定义式连续信号f(x)的分数阶Fourier变换定义式为其中K
α
(u,x)为分数阶Fourier变换的核函数，α为旋转角度且μ为分数阶Fourier变换的阶数；(1.3)方位向最优阶数计算SAR方位向回波信号近似为LFM信号，如式(3)所示：s
a
(t)＝W
a
(t)exp(j2πf
dc
t+jπκ
a
t2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中f
dc
为多普勒中心频率，κ
a
为方位向调频率，W
a
(t)＝rect(t/T
a
),T
a
为合成孔径时间；根据式(2)和式(3)进行变换分析计算SAR方位向回波信号运用分数阶Fourier变换时的最优阶数为其中arctan(
·
)为反正切函数，N
a
为方位向抽样序列长度，F
a
为方位向抽样频率；(1.4)距离向最优阶数计算根据式(1)和式(2)进行变换分析计算SAR距离向回波信号，运用分数阶Fourier变换时的最优阶数为其中N
r
为距离向抽样序列长度，F
r
为距离向抽样频率。3.根据权利要求1所述的基于抽样序列长度约束条件下的SAR成像方法，其特征在于：步骤(2)包括以下内容：(2.1)初始序列长度设定设PRF表示脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency)，则距离向初始序列长度
方位向初始序列长度分别如式(6)和式(7)所示：分别如式(6)和式(7)所示：其中INT[
·
]表示取整函数，γ、δ表示变...
【专利技术属性】
技术研发人员：王振力，王群，马如坡，印杰，郁烨，刘家银，
申请(专利权)人：江苏警官学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。