一种高分辨率星载SAR高效时频混合成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高分辨率星载SAR高效时频混合成像方法，属于合成孔径雷达技术领域，能够通过子孔径频率叠加的思路进行子孔径图像的融合，子孔径融合通过在频域进行叠加避免了插值操作，从而根本上避免了孔径融合误差。本发明专利技术的技术方案包括：对SAR回波数据进行距离向压缩并升采样。对处理后的SAR回波数据进行方位向子孔径划分，此时对子孔径内数据进行方位向反投，每个子孔径内所得的图像为粗图像，共得到N个粗图像，N为子孔径个数。对每个粗图像做方位向傅里叶变换得到每个子孔径频域图像。N个子孔径频域图像叠加后得到一幅距离时域

【技术实现步骤摘要】
一种高分辨率星载SAR高效时频混合成像方法及系统


[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达
，具体涉及一种高分辨率星载SAR高效时频混合成像方法及系统。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(SAR)是一种全天时、全天候的高分辨率的微波遥感成像雷达，可安装在飞机、卫星等飞行平台上。在环境监测、海洋观测、资源勘探、农作物估产、测绘和军事等方面的应用上具有独特的优势，可发挥其他遥感手段难以发挥的作用。
[0003]由于聚束、滑动聚束模式可以通过提高方位向合成孔径时间提升方位向分辨率，从而获得更为清晰的SAR图像，高分辨率成像是目前SAR成像的重要研究方向，其高效成像方法研究是目前研究热门。与传统SAR成像对比，高分辨成像面临着更高阶的斜距模型、更大的参数空变、更复杂的系统设计，具体表现在以下方面：
[0004]已有基于频域CS、NCS、NLCS等成像算法效率很高，但是其在处理大场景高分辨率(接近0.1m)SAR成像时无法完全校正高阶的方位向相位误差和空变性误差，这些误差的残余会导致图像质量明显下降甚至散焦；另外在高分辨率宽测绘带滑动聚束成像中，多采用变重频体制，这导致方位向非均匀采样，无法直接变换到频域，插值操作不可避免并且会引入误差；另外，在高分辨率宽测绘带滑动聚束成像中通常不能保证方位向波束转动随时间线性变化，这直接导致无法应用Deramping算法，即无法变换到方位向频域，对频域成像算法的应用造成很大困难。
[0005]已有基于时域成像算法由于成像不依赖航迹模型、成像精度高而重新受到重视。并且方位向是否均匀采样对时域成像算法无影响，其算法也不需对数据变换到频域，算法绕过了变重频和无法应用Deramping算法的限制。但是BP算法运算量是O(n3)量级，巨大的运算量限制了算法的应用，需研究高效算法。已有高效成像算法例如L.M.H.Ulander 2003年提出的FFBP算法基于通过拆分BP积分，逐级合成从而大幅降低运算量的原理。然而，逐级迭代合成一定程度上会造成误差的积累，影响成像质量，分级次数越多，积累越严重。另外，现有时域快速成像算法例如Yegulalp A.F.1999年提出的FBP在子孔径图像融合、坐标系转换与图像融合中多涉及插值操作，众所周知，快速插值操作会存在误差，而精确地插值操作会明显增加运算量，背离了高效成像的要求。
[0006]因此，针对高效BP类算法为了提升效率而不可避免的因为插值操作引入误差的缺点。
[0007]目前尚未有一种无须差值操作，避免孔径融合误差的方案。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术提供了一种高分辨率星载SAR高效时频混合成像方法及系统，能够通过子孔径频率叠加的思路进行子孔径图像的融合，子孔径融合通过在频域进行叠加避免了插值操作，从而根本上避免了孔径融合误差。
[0009]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括：
[0010]步骤一、对SAR回波数据进行距离向压缩并升采样。
[0011]步骤二、对步骤一处理后的SAR回波数据进行方位向子孔径划分，此时对子孔径内数据进行方位向反投，每个子孔径内所得的图像为粗图像，共得到N个粗图像，N为子孔径个数。
[0012]步骤三、对每个粗图像做方位向傅里叶变换得到每个子孔径频域图像。
[0013]步骤四、N个子孔径频域图像叠加后得到一幅距离时域
‑
方位频域的高分辨图像。
[0014]步骤五、对高分辨率图像做方位向逆傅里叶变换即得到全分辨率图像。
[0015]进一步地，对SAR的回波数据进行距离向压缩并生采样，其中升采样采用频域补零实现，进行4倍升采样。
[0016]进一步地，子孔径总带宽高于波束本身对应的带宽B
a_β
。
[0017]进一步地，步骤四具体为：
[0018]构建一个满足全孔径采样间隔的空图像，将每个子孔径频域图像对应的频谱复制到空图像上，得到一幅距离时域
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方位频域的高分辨图像。
[0019]本专利技术实施例还提供了一种高分辨率星载SAR高效时频混合成像系统，包括距离向压缩模块、升采样模块、子孔径划分模块、傅里叶变换模块、频谱叠加模块以及逆傅里叶变换模块。
[0020]距离向压缩模块，用于SAR回波数据进行距离向压缩，距离向压缩后的SAR回波数据输入至升采样模块。
[0021]升采样模块，用于对距离向压缩后的SAR回波数据进行升采样操作，升采样后的SAR回波数据输入至子孔径划分模块。
[0022]子孔径划分模块用于对升采样后的SAR回波数据进行方位向子孔径划分，此时对子孔径内数据进行方位向反投，每个子孔径内所得的图像为粗图像，共得到N个粗图像，N为子孔径个数；N个粗图像输入至傅里叶变换模块。
[0023]傅里叶变换模块用于对N个粗图像做方位向傅里叶变换，对应得到N个子孔径频域图像。
[0024]频谱叠加模块，用于构建一个满足全孔径采样间隔的空图像，将每个子孔径频域图像对应的频谱复制到空图像上，得到一幅距离时域
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方位频域的高分辨图像。
[0025]逆傅里叶变换模块，用于对高分辨率图像做方位向逆傅里叶变换即得到全分辨率图像即为系统最终的输出。
[0026]有益效果：
[0027]本专利技术提出通过子孔径频率叠加的思路进行子孔径图像的融合，子孔径融合通过在频域进行叠加避免了插值操作，从而根本上避免了孔径融合误差。并且算法通过拆分子孔径也实现了高效处理，是一种适用于高分辨星载SAR精确成像的高效算法。
[0028]本专利技术提供的成像方法首先进行距离向压缩并升采样，升采样的目的是减小在方位向BP操作时误差，此时的升采样采用频域补零实现。一般进行4倍升采样可保证精度。随后进行方位向子孔径划分，子孔径划分大小和个数应当综合考虑效率与成像精度。此时对子孔径内数据进行方位向反投，每个子孔径内所得的图像为粗图像，因为其方位向分辨率较低。经过这步操作得到N个粗图像，N为子孔径个数。而后对每个图像做方位向傅里叶变换
得到其距离时域
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方位频域图像，由于各个子孔径对应不同斜视角，其频谱在方位频域是错开的。此时在方位频域进行累加就完成了从低分辨图像融合得到高分辨图像的操作，并且该操作无插值运算。N个子孔径频域图像叠加后得到一幅距离时域
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方位频域的高分辨图像，做方位向逆傅里叶变换即得到全分辨率图像。
[0029]本专利技术方法，对比已有技术，能够保证高效成像并且没有插值操作，具有获取更精确SAR成像质量效果。
附图说明
[0030]图1基于子孔径频域叠加FBP算法流程图；
[0031]图2星载SAR聚束模式几何图；
[0032]图3 0.1m分辨率点目标位置设置图；
[0033]图4子孔径内点目标成像二维等高线图；其中的(a)接近场景中心处点目标方位向频谱图；(b)该点目标子孔径成像二维结果图；
[0034]图5点阵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率星载SAR高效时频混合成像方法，其特征在于，包括：步骤一、对SAR回波数据进行距离向压缩并升采样；步骤二、对步骤一处理后的SAR回波数据进行方位向子孔径划分，此时对子孔径内数据进行方位向反投，每个子孔径内所得的图像为粗图像，共得到N个粗图像，N为子孔径个数；步骤三、对每个粗图像做方位向傅里叶变换得到每个子孔径频域图像；步骤四、N个子孔径频域图像叠加后得到一幅距离时域
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方位频域的高分辨图像；步骤五、对所述高分辨率图像做方位向逆傅里叶变换即得到全分辨率图像。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对SAR的回波数据进行距离向压缩并生采样，其中升采样采用频域补零实现，进行4倍升采样。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子孔径总带宽高于波束本身对应的带宽B
a_β
。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四具体为：构建一个满足全孔径采样间隔的空图像，将每个子孔径频域图像对应的频谱复制到所述空图像上，得到一幅距离时域
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方位频域的高分辨图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙腾，丁泽刚，肖枫，张天意，李喆，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：