弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法技术

本发明专利技术涉及一种弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，该方法针对多通道回波，首先，在距离频域补偿场景中心非空变多通道相位差异，之后在距离时域补偿空变的通道相位差异项，随后，在距离时域方位频域进行多通道信号的重构，从而消除多通道存在的模糊。在二维频域中，进行距离徙动校正，通过改进的Stolt插值来获取目标距离向聚焦的信号，同时，方位时间谱压缩消除了信号在方位时间域的混叠，频域非线性变标消除了多普勒参数的空变性，方位向聚焦由SPECAN技术完成。本发明专利技术的方法更好的实时适应载有多通道的高机动运动轨迹，解决了通道间相位差异带来的无法联合处理的问题。间相位差异带来的无法联合处理的问题。间相位差异带来的无法联合处理的问题。

【技术实现步骤摘要】
弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，具体涉及一种弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法。

技术介绍

[0002]SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)是一种实用的成像雷达，能全天候、全天时地工作，现已广泛应用于地面场景观测、海洋遥感等诸多方面。随着合成孔径雷达的发展，SAR也被应用于许多新的平台，如导弹和战斗机等，由于轨道多样、提前获取图像和实时成像等特点，大斜视SAR也被广泛应用在高速机动平台上。
[0003]在实际分辨率要求不高的情况下，可以利用一小段孔径内的回波信号进行成像以提高实时性，但小孔径SAR应用于宽幅场景时，方位向与距离向的模糊将会严重影响成像效果。APC(Azimuth Phase Coding，方位相位编码)可以有效地解决距离模糊的问题，但由于滤波器只能将多普勒谱移动到脉冲重复频率(PRF，pulse repetition frequency)之内，所以压缩效果很大程度上取决于重采样率，这也会影响成像处理的实时性。
[0004]与常规小孔径SAR成像相比，弹载大斜视小孔径多通道SAR则适用于机动平台的高机动性、宽幅成像的情况。多通道SAR成像算法的研究和应用主要集中在星载和直线轨迹机载方面。这种算法对于多通道SAR数据的距离模糊，首先通过将各通道信号都补偿到相位中心，之后结合数字波束形成的方法，建立导向矩阵，通过重构多普勒谱完成多通道信号联合解模糊，然后再通过匹配滤波完成聚焦成像。
[0005]但是，结合机动平台大斜视小孔径的情况下，多通道SAR中的通道指向向量是空变的且与平台速度向量的夹角也是空变的，这将导致各通道信号谱的非线性和多普勒谱混叠的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]本专利技术提供了一种弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，包括：
[0008]S1：建立多通道大斜视同心圆斜距模型；
[0009]S2：获取目标回波信号；
[0010]S3：对所述目标回波信号进行距离脉冲压缩处理和距离走动校正处理，得到第一校正信号；
[0011]S4：对所述第一校正信号进行场景中心非空变多通道相位差异项的补偿和空变多通道相位差异项的补偿，得到补偿信号；
[0012]S5：对所述补偿信号进行多通道信号矩阵重构和基于改进导向矩阵的多普勒谱重构，得到重构信号；
[0013]S6：对所述重构信号进行距离徙动校正处理和Stolt插值差值处理，得到第二校正
信号；
[0014]S7：对所述第二校正信号进行方位时间谱压缩处理和频域非线性变标处理，得到二维时域信号；
[0015]S8：对所述二维时域信号进行方位向SPECAN处理，得到聚焦信号；
[0016]S9：对所述聚焦信号进行几何形变插值校正处理，得到SAR雷达成像图。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述多通道大斜视同心圆斜距模型的瞬时斜距包含阵列中心斜距的四阶泰勒级数和多通道差异的二阶泰勒级数，在所述S1中：
[0018]设雷达平台以速度和恒定加速度沿着曲线移动了T
a
的合成孔径时间，雷达平台上各通道定义为CH
m
，m＝1,2,
…
,M，当雷达位于方位时间t
a
＝0时，中心通道CH1星下点为坐标原点O，中心通道波束指向为定义X轴与的夹角为偏航角θ
yaw
，Q点是与P点相差方位角的点，其中
[0019]雷达平台在曲线上的C点时，定义其方位时间为t
a
，瞬时斜距的四阶麦克劳林级数为：
[0020][0021]其中，表示雷达中心通道在t
a
时刻的瞬时斜距，t
a
表示方位时间，i表示展开阶数，R表示参考斜距，表示泰勒展开后各次项的系数；
[0022]参考通道与第m个通道的瞬时斜距差表示为：
[0023][0024]其中，d
m
表示第m个通道与参考通道的距离，R
d
(d
m
,t
a
,R)表示瞬时斜距差，σ0(d
m
,R)表示泰勒展开后的零次项系数，σ1(d
m
,R)表示泰勒展开后的一次项系数，σ2(d
m
,R)表示泰勒展开后的二次项系数；
[0025]第m个通道的瞬时斜距表示为：
[0026][0027]在本专利技术的一个实施例中，所述S2包括：
[0028]获取目标回波信号的第一距离时域和方位时域信号A(t
r
,t
a
)，对所述第一距离时域和方位时域信号A(t
r
,t
a
)进行距离向的傅里叶变换，得到第一距离频域和方位时域信号A
′
(f
r
,t
a
)，其中，
[0029]所述第一距离频域和方位时域信号A
′
(f
r
,t
a
)表示为：
[0030][0031]其中，t
r
表示距离时间，t
a
表示方位时间，f
r
表示距离频率，W
r
(
·
)表示距离向频域
包络，w
a
(
·
)表示方位向时域包络，c表示光速，f
c
表示载波频率，γ表示调频率。
[0032]在本专利技术的一个实施例中，所述S3包括：
[0033]将所述第一距离频域和方位时域信号A
′
(f
r
,t
a
)分别与距离脉冲压缩函数H
RC
(f
r
,t
a
)和距离走动校正函数H
RWC
(f
r
,t
a
)进行点乘，得到第二距离频域和方位时域信号B(f
r
,t
a
)作为所述第一校正信号，其中，
[0034]所述距离脉冲压缩函数H
RC
(f
r
,t
a
)和所述距离走动校正函数H
RWC
(f
r
,t
a
)分别表示为：
[0035][0036]H
RWC
(f
r
,t
a
)＝exp(j4π(f
c
+f
r
)k
10
(R
s
)t
a
/c)，
[0037]其中，R<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，其特征在于，包括：S1：建立多通道大斜视同心圆斜距模型；S2：获取目标回波信号；S3：对所述目标回波信号进行距离脉冲压缩处理和距离走动校正处理，得到第一校正信号；S4：对所述第一校正信号进行场景中心非空变多通道相位差异项的补偿和空变多通道相位差异项的补偿，得到补偿信号；S5：对所述补偿信号进行多通道信号矩阵重构和基于改进导向矩阵的多普勒谱重构，得到重构信号；S6：对所述重构信号进行距离徙动校正处理和Stolt插值差值处理，得到第二校正信号；S7：对所述第二校正信号进行方位时间谱压缩处理和频域非线性变标处理，得到二维时域信号；S8：对所述二维时域信号进行方位向SPECAN处理，得到聚焦信号；S9：对所述聚焦信号进行几何形变插值校正处理，得到SAR雷达成像图。2.根据权利要求1所述的弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，其特征在于，所述多通道大斜视同心圆斜距模型的瞬时斜距包含阵列中心斜距的四阶泰勒级数和多通道差异的二阶泰勒级数，在所述S1中：设雷达平台以速度和恒定加速度沿着曲线移动了T
a
的合成孔径时间，雷达平台上各通道定义为CH
m
，m＝1,2,
…
,M，当雷达位于方位时间t
a
＝0时，中心通道CH1星下点为坐标原点O，中心通道波束指向为定义X轴与的夹角为偏航角θ
yaw
，Q点是与P点相差方位角的点，其中雷达平台在曲线上的C点时，定义其方位时间为t
a
，瞬时斜距的四阶麦克劳林级数为：其中，表示雷达中心通道在t
a
时刻的瞬时斜距，t
a
表示方位时间，i表示展开阶数，R表示参考斜距，表示泰勒展开后各次项的系数；参考通道与第m个通道的瞬时斜距差表示为：其中，d
m
表示第m个通道与参考通道的距离，R
d
(d
m
,t
a
,R)表示瞬时斜距差，σ0(d
m
,R)表示泰勒展开后的零次项系数，σ1(d
m
,R)表示泰勒展开后的一次项系数，σ2(d
m
,R)表示泰勒展开后的二次项系数；第m个通道的瞬时斜距表示为：
3.根据权利要求2所述的弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，其特征在于，所述S2包括：获取目标回波信号的第一距离时域和方位时域信号A(t
r
,t
a
)，对所述第一距离时域和方位时域信号A(t
r
,t
a
)进行距离向的傅里叶变换，得到第一距离频域和方位时域信号A
′
(f
r
,t
a
)，其中，所述第一距离频域和方位时域信号A
′
(f
r
,t
a
)表示为：其中，t
r
表示距离时间，t
a
表示方位时间，f
r
表示距离频率，W
r
(
·
)表示距离向频域包络，w
a
(
·
)表示方位向时域包络，c表示光速，f
c
表示载波频率，γ表示调频率。4.根据权利要求3所述的弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，其特征在于，所述S3包括：将所述第一距离频域和方位时域信号A
′
(f
r
,t
a
)分别与距离脉冲压缩函数H
RC
(f
r
,t
a
)和距离走动校正函数H
RWC
(f
r
,t
a
)进行点乘，得到第二距离频域和方位时域信号B(f
r
,t
a
)作为所述第一校正信号，其中，所述距离脉冲压缩函数H
RC
(f
r
,t
a
)和所述距离走动校正函数H
RWC
(f
r
,t
a
)分别表示为：H
RWC
(f
r
,t
a
)＝exp(j4π(f
c
+f
r
)k
10
(R
s
)t
a
/c)，其中，R
s
表示参考斜距，k
10
(R
s
)表示在R＝R
s
和时的值，j表示虚数单位。5.根据权利要求4所述的弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，其特征在于，所述S4包括：S41：将所述第二距离频域和方位时域信号B(f
r
,t
a
)与场景中心非空变多通道相位差异函数H1(f
r
,t
a
)相乘，得到第三距离频域和方位时域信号C(f
r
,t
a
)，其中，所述场景中心非空变多通道相位差异函数H1(f
r
,t
a
)表示为：其中，ΔR
m
(R
s
,t
a
)表示非空变的多通道参考斜距差异；S42：对所述第三距离频域和方位时域信号C(f
r
,t
a
)进行距离向逆傅里叶变换，得到第二距离时域和方位时域信号C
′
(t
r
,t
a
)，其中，所述第二距离时域和方位时域信号C
′
(t
r
,t
a
)表示为：其中，R
′
m
＝R
m
‑
ΔR
m
(R
s
,t
a
)
‑
k1(R
s
)t
a
；
S43：将所述第二距离时域和方位时域信号C
′
(t
r
,t
a
)与空变多通道相位差异函数H2(t
r
,t
a
)相乘，得到第三距离时域和方位时域信号C”(t
r
,t
a
)作为所述补偿信号，其中，所述空变多通道相位差异函数H2(t
r
,t
a
)表示为：其中，ΔR
m
(r,t
a
)＝ΔR
m
(R,t
a
)
‑
ΔR
m
(R
s
,t
a
)表示目标非空变的多通道斜距差异，r＝R
‑
R
s
表示目标距离向与参考点的相对位置。6.根据权利要求5所述的弹载大斜视小孔径多通道SAR的成像方法，其特征在于，所述S5包括：S51：对所述第三距离时域和方位时域信号C”(t
r
,t
a
)进行方位向傅里叶变换，得到第一距离时域和方位频域信号D(t
r
,f
a
)；S52：对所述第一距离时域和方位频域信号D(t
r
,f
a
)进行多通道信号矩阵重构处理，得到第二距离时域和方位频域信号D
′
(t
r
,f
b
)，其中，所述第二距离时域和方位频域信号D
′
(t
r
,f
b

【专利技术属性】
技术研发人员：邢孟道，侯雅昕，李宁，孙光才，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：