一种星载高分辨率合成孔径雷达的成像处理方法技术

一种星载高分辨率合成孔径雷达的成像处理方法，(1)根据星地几何关系，建立星载SAR成像星地斜距模型和点目标回波表达式；(2)确定多普勒质心和多普勒调频率；(3)对回波信号依次进行直流分量去除、二维频域内的三次相位误差校正、Chirp?Scaling操作、距离压缩、相位校正处理；(4)当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为条带模式时，对步骤(3)的结果进行方位向IFFT变换，得到条带图像；当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为扫描模式时，首先对步骤(3)的结果进行方位向IFFT变换、去斜处理；然后进行方位向CZT变换，得到Burst图像；最后，进行图像拼接，得到最终的扫描模式图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种星载高分辨率合成孔径雷达(SAR)成像处理的方法。
技术介绍
环境减灾卫星星座第一阶段计划发射两颗光学成像卫星和一颗合成孔径雷达卫星，即已经发射升空的HJ-1A、B光学卫星和即将发射的HJ-IC合成孔径雷达卫星。SAR是工作在微波频段的主动遥感载荷，具有全天时全天候，不受云雨影响的特点，并对地表有一定的穿透能力，是光学遥感载荷的重要补充，在灾害监视、环境监测、资源勘查和军事应用等方面有重要作用，受到各国的普遍重视。SAR卫星的发展趋势是高分辨率、多波段和多极化工作模式等方向迅速发展。HJ-IC卫星的SAR具有条带和扫描两种成像模式，工作在S波段(3. 2GHz)，VV极化，其中条带模式下分辨率达到了 5米，是一颗分辨率较高的多模式SAR卫星。SAR的原始信号数据不能直接进行判读和解译，必须通过地面的数据处理才能“成像”。简单的说，成像处理是对SAR在距离向(垂直于卫星飞行方向)发射较高带宽的线性调频(LFM)形式的脉冲信号进行脉冲压缩得到高分辨距离向目标图像，在方位向通过卫星平台的运动形成综合孔径，经过匹配滤波后得到高分辨方位向目标图像，最终得到二维目标图像。针对高分辨SAR卫星的星地几何特性和运动特点，需要研究SAR遥感数据的成像处理算法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供。本专利技术的技术解决方案是，步骤如下(1)根据星地几何关系，建立星载SAR成像星地斜距模型和点目标回波表达式；(2)采用精确星历数据计算或者基于原始回波数据的估计算法，确定多普勒质心和多普勒调频率；(3)基于步骤(1)的星载SAR成像星地斜距模型和点目标回波表达式以及步骤 (2)确定的多普勒参数，对回波信号依次进行直流分量去除、二维频域内的三次相位误差校正、Chirp Scaling操作、距离压缩、相位校正处理；(4)当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为条带模式时，对步骤(3)的结果进行方位向IFFT变换，得到条带图像；当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为扫描模式时，首先对步骤(3)的结果进行方位向IFFT变换、去斜处理；然后进行方位向CZT变换，得到Burst图像；最后，进行图像拼接，得到最终的扫描模式图像。所述步骤(3)中的回波信号采用仿真方法得到，具体步骤如下(3. 1)对星载SAR发射的一维线性调频信号进行2倍升采样处理，并将处理后的信号FFT变换到频域；(3. 2)根据雷达波束照射目标场景的大小，将整个场景划分为D个等弧带，所述的 D等于雷达波束方向场景距离除以ρ，Ρ彡Pp Pr为斜距空间分辨率；(3. 3)计算方位向采样点数Na，即方位向发射脉冲数，乂二叾，T为成像时间，JrKlPRT脉冲重复时间；(3. 4)针对一个方位向发射脉冲，计算场景中所有目标到雷达相位中心的斜距；(3. 5)判断目标所在的等弧带区域，对区域内的所有目标的幅度信息和多普勒相位补偿进行叠加；(3. 6)对步骤(3. 5)的计算结果进行FFT变换后与步骤(3. 1)的结果相乘，并将相乘后的结果降采样，通过IFFT得到一个脉冲的回波信号；(3. 7)重复步骤(3. 4)-(3. 6)，直至所有方位向采样点数Na完成上述处理。本专利技术与现有技术相比有益效果为(1)本专利技术针对扫描成像模式当中独有的子图像拼接处理步骤，对于ECS算法完成距离压缩和相位误差校正之后的数据处理，即ECS流程图中的虚线框部分使用的是这里称为Modified SPECAN的算法，该算法对一般SPECAN算法进行了改进，采用CZT变换代替 FFT变换，即从而实现避免插值重采样处理的拼接方法，提高了运行速度和精度。(2)本专利技术仿真回波数据采用的一维频域回波仿真算法在不损失仿真精度的前提下，相对于时域的叠加算法具有高效快速的优点，且软件实现也相对复杂度较低，因此是一种更优选的回波仿真方法。附图说明图1为本专利技术星地几何模型示意图；图2为本专利技术流程图；图3为本专利技术回波数据仿真流程图；图4为本专利技术多普勒参数计算结果图；图5为本专利技术等弧带示意图；图6为本专利技术相邻等弧带状区域的目标分布示意图；图7为一般SPECAN算法得到的两个点目标图像；图8为本专利技术Modified SPECAN算法的两个点目标图像。具体实施例方式下面结合附图1和图2算法流程图，下面对本专利技术的具体实施方式作如下详细描述，具体步骤如下(1)根据星地几何关系，建立星载SAR成像星地斜距模型和点目标回波表达式；由于星载SAR的空间几何关系决定了回波信号的多普勒历程。星载SAR中，目标与雷达载体之间的距离R(ta，r)变化规律十分复杂，没有显式解。即使星上天线安装时波束指向与平台运动方向垂直，但是由于地球自转等因素的影响，雷达平台与目标的相对运动方向与雷达波束指向也不垂直。斜视等效距离模型误差最小，是一种比较精确的SAR距离模型。因此，必须精确建立星载SAR雷达相位中心与波束照射目标的距离模型并由此建立回波信号的表达，这是后续进行成像算法的理论基础，其模型近似的精确程度也决定成像算法的优劣。斜视等效距离模型的表达式为权利要求1.，其特征在于步骤如下(1)根据星地几何关系，建立星载SAR成像星地斜距模型和点目标回波表达式；(2)采用精确星历数据计算或者基于原始回波数据的估计算法，确定多普勒质心和多普勒调频率；(3)基于步骤(1)的星载SAR成像星地斜距模型和点目标回波表达式以及步骤(2)确定的多普勒参数，对回波信号依次进行直流分量去除、二维频域内的三次相位误差校正、 Chirp Scaling操作、距离压缩、相位校正处理；(4)当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为条带模式时，对步骤(3)的结果进行方位向IFFT变换，得到条带图像；当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为扫描模式时，首先对步骤(3)的结果进行方位向IFFT变换、去斜处理；然后进行方位向CZT变换，得到Burst图像；最后，进行图像拼接，得到最终的扫描模式图像。2.根据权利要求1所述的，其特征在于所述步骤(3)中的回波信号采用仿真方法得到，具体步骤如下(3. 1)对星载SAR发射的一维线性调频信号进行2倍升采样处理，并将处理后的信号 FFT变换到频域；(3. 2)根据雷达波束照射目标场景的大小，将整个场景划分为D个等弧带，所述的D等于雷达波束方向场景距离除以P，P < Pp Pr为斜距空间分辨率；(3. 3)计算方位向采样点数Na，即方位向发射脉冲数，凡为成像时间，PRT脉 冲重复时间；(3. 4)针对一个方位向发射脉冲，计算场景中所有目标到雷达相位中心的斜距； (3. 5)判断目标所在的等弧带区域，对区域内的所有目标的幅度信息和多普勒相位补偿进行叠加；(3. 6)对步骤(3. 5)的计算结果进行FFT变换后与步骤(3. 1)的结果相乘，并将相乘后的结果降采样，通过IFFT得到一个脉冲的回波信号；(3. 7)重复步骤(3. 4)-(3.6)，直至所有方位向采样点数Na完成上述处理。全文摘要，(1)根据星地几何关系，建立星载SAR成像星地斜距模型和点目标回波表达式；(2)确定多普勒质心和多普勒调频率；(3)对回波信号依次进行直流分量去除、二维频域内的三次相位误差校正、Chirp Scaling操作、距离压缩、相位校正处理；本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种星载高分辨率合成孔径雷达的成像处理方法，其特征在于步骤如下：（１）根据星地几何关系，建立星载ＳＡＲ成像星地斜距模型和点目标回波表达式；（２）采用精确星历数据计算或者基于原始回波数据的估计算法，确定多普勒质心和多普勒调频率；（３）基于步骤（１）的星载ＳＡＲ成像星地斜距模型和点目标回波表达式以及步骤（２）确定的多普勒参数，对回波信号依次进行直流分量去除、二维频域内的三次相位误差校正、Ｃｈｉｒｐ　Ｓｃａｌｉｎｇ操作、距离压缩、相位校正处理；（４）当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为条带模式时，对步骤（３）的结果进行方位向ＩＦＦＴ变换，得到条带图像；当星载高分辨率合成孔径雷达成像方式为扫描模式时，首先对步骤（３）的结果进行方位向ＩＦＦＴ变换、去斜处理；然后进行方位向ＣＺＴ变换，得到Ｂｕｒｓｔ图像；最后，进行图像拼接，得到最终的扫描模式图像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯明辉，
申请(专利权)人：中国资源卫星应用中心，
类型：发明
国别省市：11