一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法技术

本发明专利技术提供一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，统一了多模式SAR的信号时频关系，并建立了精确的多普勒参数距离

【技术实现步骤摘要】
一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法


[0001]本专利技术属于合成孔径雷达
，尤其涉及一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式微波遥感设备，具有全天时、全天候、二维高分辨、强穿透性等特点，是地球遥感的一种有效手段，对灾害预警、环境监测和军事侦察等应用领域具有重大意义。
[0003]非沿迹成像模式是星载SAR的一种特有的工作模式。相对于传统星载SAR，星载非沿迹SAR通过连续调整俯仰维、方位维波束指向，直接生成沿目标地形的测绘带，而不是传统的沿卫星轨道生成测绘带，这使得其在对某些“非沿卫星航迹场景”如地震带、海岸线成像时从根本上减少了回波数据冗余度，显著提高星载SAR对狭长场景的观测效率，具有独特的优势。传统SAR的条带、滑聚、循序扫描地形观测(Terrain Observation by Progressive Scans，TOPS)模式均可应用于星载非延迹SAR，因此，星载非沿迹SAR具有多模式的特点，且由于其空间构型相比于传统成像模式更为复杂，成像多普勒参数的耦合与空变也更为严重，传统频域成像算法精度无法满足成像需求。然而时域成像算法虽然精度高，适用于星载非沿迹SAR成像，但需要针对每个目标点构造滤波器，运算量十分巨大，算法过于低效。
[0004]因此，需要一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，能够实现星载非沿迹SAR在条带模式、TOPS模式以及滑聚模式下的高精度成像。
[0006]一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，包括以下步骤：
[0007]S1：获取星载非沿迹SAR的多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)；
[0008]S2：基于待测目标的斜距历程R(t
a
)构建距离徙动方位空变模型，再根据距离徙动方位空变模型校正所述多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)中存在的距离徙动方位空变，得到多模式回波距离频域信号S2(f
r
,t
a
)；
[0009]S3：对S2(f
r
,t
a
)进行方位向傅里叶变换，得到S2(f
r
,t
a
)的二维频谱S3(f
r
,f
a
)；
[0010]S4：基于所述二维频谱S3(f
r
,f
a
)构建距离
‑
方位两维空变模型，再根据距离
‑
方位两维空变模型获取距离向非线性调频变标因子和方位向非线性调频变标因子；
[0011]S5：采用距离向非线性调频变标因子对经过相位补偿后的二维频谱S3(f
r
,f
a
)进行距离向的非线性调频变标，得到第一变标结果，然后对第一变标结果进行距离徙动校正以及距离压缩，得到距离
‑
多普勒域下的信号S4(f
r
,f
a
)；
[0012]S6：采用方位向非线性调频变标因子对经过相位补偿后的S4(f
r
,f
a
)进行方位向的非线性调频变标，得到第二变标结果，再对第二变标结果进行方位压缩，得到二维图像。
[0013]进一步地，所述多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)的获取方法为：
[0014]构建相位h1：
[0015][0016]其中，f
c
为载频，f
r
为距离频率，q1和q2分别为一阶补偿系数和二阶补偿系数，c为光速，t
a
为成像时刻，j为虚部；
[0017]对回波进行距离向傅里叶变换后再与相位h1相乘，得到多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)。
[0018]进一步地，所述距离徙动方位空变模型的构建方法为：
[0019]利用梯度下降法求解所对应的方位时刻t
p,new
，并将R(t
a
)在t
a
＝t
p,new
处泰勒展开，得到：
[0020]R(t
a
)＝R
0,new
+k
2,new
(t
a
‑
t
p,new
)2+k
3,new
(t
a
‑
t
p,new
)3+k
4,new
(t
a
‑
t
p,new
)4[0021]其中，t
a
为成像时刻，R
0,new
、k
2,new
、k
3,new
和k
4,new
分别为泰勒展开的零阶、二阶、三阶和四阶系数，且二阶系数k
2,new
存在距离徙动方位空变如下：
[0022]k
2,new
＝k
20
+k
21
t
p,new
[0023]其中，k
20
和k
21
分别为方位向零阶空变系数和一阶空变系数。
[0024]进一步地，所述多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)中存在的距离徙动方位空变的校正方法为：
[0025]构建多项式h2：
[0026][0027]其中，f
c
为载频，f
r
为距离频率，c为光速，t
a
为成像时刻，j为虚部，q3为三阶补偿系数；
[0028]将多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)与多项式h2相乘，得到多模式回波距离频域信号S2(f
r
,t
a
)。
[0029]进一步地，所述距离
‑
方位两维空变模型的构建方法为：
[0030]将二维频谱S3(f
r
,f
a
)在距离频率f
r
处进行泰勒展开，得到：
[0031][0032]式中，分别为泰勒展开的零阶～四阶系数，j为虚部；
[0033]其中，零阶系数存在距离
‑
方位两维空变如下：
[0034][0035]式中，f
a
为方位频率，λ为波长，t
p
为目标的合成孔径中心时刻，P
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取星载非沿迹SAR的多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)；S2：基于待测目标的斜距历程R(t
a
)构建距离徙动方位空变模型，再根据距离徙动方位空变模型校正所述多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)中存在的距离徙动方位空变，得到多模式回波距离频域信号S2(f
r
,t
a
)；S3：对S2(f
r
,t
a
)进行方位向傅里叶变换，得到S2(f
r
,t
a
)的二维频谱S3(f
r
,f
a
)；S4：基于所述二维频谱S3(f
r
,f
a
)构建距离
‑
方位两维空变模型，再根据距离
‑
方位两维空变模型获取距离向非线性调频变标因子和方位向非线性调频变标因子；S5：采用距离向非线性调频变标因子对经过相位补偿后的二维频谱S3(f
r
,f
a
)进行距离向的非线性调频变标，得到第一变标结果，然后对第一变标结果进行距离徙动校正以及距离压缩，得到距离
‑
多普勒域下的信号S4(f
r
,f
a
)；S6：采用方位向非线性调频变标因子对经过相位补偿后的S4(f
r
,f
a
)进行方位向的非线性调频变标，得到第二变标结果，再对第二变标结果进行方位压缩，得到二维图像。2.如权利要求1所述的一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，其特征在于，所述多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)的获取方法为：构建相位h1：其中，f
c
为载频，f
r
为距离频率，q1和q2分别为一阶补偿系数和二阶补偿系数，c为光速，t
a
为成像时刻，j为虚部；对回波进行距离向傅里叶变换后再与相位h1相乘，得到多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)。3.如权利要求1所述的一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，其特征在于，所述距离徙动方位空变模型的构建方法为：利用梯度下降法求解所对应的方位时刻t
p,new
，并将R(t
a
)在t
a
＝t
p,new
处泰勒展开，得到：R(t
a
)＝R
0,new
+k
2,new
(t
a
‑
t
p,new
)2+k
3,new
(t
a
‑
t
p,new
)3+k
4,new
(t
a
‑
t
p,new
)4其中，t
a
为成像时刻，R
0,new
、k
2,new
、k
3,new
和k
4,new
分别为泰勒展开的零阶、二阶、三阶和四阶系数，且二阶系数k
2,new
存在距离徙动方位空变如下：k
2,new
＝k
20
+k
21
t
p,new
其中，k
20
和k
21
分别为方位向零阶空变系数和一阶空变系数。4.如权利要求1所述的一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，其特征在于，所述多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)中存在的距离徙动方位空变的校正方法为：构建多项式h2：其中，f
c
为载频，f
r
为距离频率，c为光速，t
a
为成像时刻，j为虚部，q3为三阶补偿系数；
将多模式回波距离频域信号S1(f
r
,t
a
)与多项式h2相乘，得到多模式回波距离频域信号S2(f
r
,t
a
)。5.如权利要求1所述的一种星载非沿迹SAR多模式一体化频域成像方法，其特征在于，所述距离
‑
方位两维空变模型的构建方法为：将二维频谱S3(f
r
,f
a
)在距离频率f
r
处进行泰勒展开...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁泽刚，王岩，郑彭楠，王轩，曾涛，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：