机载下视阵列3-D SAR成像的方法技术

本发明专利技术提供了一种机载下视阵列3-D?SAR成像的方法。该方法成像处理过程中只涉及到FFT/IFFT、插值、复数矩阵相乘操作，计算量较低，能够保证较快的重建速度。

【技术实现步骤摘要】
机载下视阵列3-D SAR成像的方法
本专利技术涉及雷达成像和信号处理
，特别是一种机载下视阵列3-D SAR成像的方法。
技术介绍
机载下视阵列3-D SAR对机底区域进行观测，能够克服常规侧视SAR中存在的叠掩、阴影等问题，并且能够获得观测区域场景的三维散射信息，在民用和军用方面都有巨大的应用潜力。考虑到机载下视阵列3-D SAR目标到天线的作用距离较远，满足远场近似条件，在进行回波信号表征时，可以忽略距离历程泰勒展开式中的高次项且不引起较大相位误差。目前机载下视阵列3-D SAR成像方法主要有三类:第一类，先用常规的RD、CS、ω-k算法实现波传播方向和航迹向处理，再在跨航向借助于波束形成、SPECAN、压缩感知等方法进行处理；第二类，三维波数域成像方法，该方法能够完全补偿波前弯曲带来的距离徙动，但是该类方法要求回波采集时综合孔径长度不小于成像区域以防止FFT出现卷绕，在机载下视阵列3-D SAR中，跨航向阵列天线长度一般为几米，而跨航向幅宽为几百米到几千米，因此需要对回波数据进行大量补零，补零会带来内存需求和计算量的激增，限制了该算法在机载下视阵列3-D SAR中的应用；第三类，三维后向投影方法，该方法能够对观测区域场景划分立体网格，并对每一个网格单元沿航迹向和跨航向进行二维相干累积，该方法成像精度有保证。由于是对三维场景进行二维相干累积，使得该方法的计算量极大，获取三维场景图像的耗时太大。然而，在实现本专利技术的过程中， 申请人:发现上述的机载下视阵列3-DSAR成像方法均存在计算量大，重建速度慢的缺陷。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本专利技术提供了一种机载下视阵列3-DSAR成像的方法，以降低机载下视阵列3-D SAR成像处理的计算量，提高重建速度。( 二 )技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种机载下视阵列3-D SAR成像的方法。该方法包括:步骤A，对航迹向空域、跨航向空域、波传播方向时域的三维回波信号Wxm,3；?石进行波传播向FFT变换、波传播向频域匹配滤波及距离历程夫琅和费近似处理，得到航迹向空域、跨航向空域、波传播向频域三维信号S(xm, yn, fk),其中fk表示波传播方向基带频率；步骤B:对距离历程夫琅和费近似后的航迹向空域、跨航向空域、波传播方向频域三维信号S(xm，yn，fk)，通过插值方式沿航迹向、跨航向重采样得到S(x, m，y, n，fk);步骤C:对沿航迹向和跨航向重采样后的信号S(x' m，y' n，fk)沿波传播方向进行FFT变换，沿航迹向和跨航向进行IFFT变换，得到观测场景区域三维极坐标重建结果σ (α，β，Y);以及步骤D:对观测场景区域三维极坐标重建结果σ (α，β，Y)进行极坐标到直角坐标的三维转换，得到观测场景区域三维直角坐标重建结果σ (X，y，z)。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术机载下视阵列3-D SAR成像的方法具有以下有益效果:(I)成像处理过程中只涉及到FFT/IFFT、插值、复数矩阵相乘操作，计算量较低，能够使得算法能够重建速度有很好的保证，其中，匹配滤波时将频域回波信号与匹配滤波器相乘，涉及复数矩阵相乘运算；(2)机载下视阵列3-D SAR对机底区域进行观测时满足远场观测条件，可以对距离历程采样夫琅和费近似，既能保证重建精度又能简化算法复杂度。【附图说明】图1为机载下视阵列3-D SAR成像几何模型和几何参数表征；图2为本专利技术实施例机载下视阵列3-D SAR成像的方法的流程图；图3为仿真用到的点目标场景三维目标分布和目标坐标情况；图4为点目标仿真极坐标三维重建结果，其中:图4A为点目标·仿真极坐标三维重建结果；图4B为点目标仿真极坐标三维重建结果在β Y平面投影；图4C为点目标仿真极坐标三维重建结果在β α平面投影；图4D为点目标仿真极坐标三维重建结果在Y α平面投影；。图5为点目标仿真直角坐标三维重建结果，其中:图5Α为点目标仿真直角坐标三维重建结果；图5Β为点目标仿真直角坐标三维重建结果在XY平面投影；图5C为点目标仿真直角坐标三维重建结果在XZ平面投影；图为点目标仿真直角坐标三维重建结果在YZ平面投影；。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。图1为机载下视阵列3-D SAR成像场景的立体示意图。请参照图1，X轴平行于航迹向，Y轴平行于跨航向，Z轴自上而下垂直于XY平面，O是坐标原点。Q是当前正在进行信号收发的天线相位中心，P是观测区域场景目标，P’是观测区域场景目标在YZ平面上的投影。W是天线相位中心沿载机运动方向的轨迹，5?是坐标原点到场景目标P的参考斜距，长度为P ,QP为天线相位中心到场景目标P的瞬时斜距，长度为P '。Y1为航迹向多普勒累积角，Y2为跨航向多普勒累积角，Φ为行？与XZ平面的夹角，Θ为^?与Z轴的夹角。机载下视阵列3-D SAR获取场景目标沿航迹向、跨航向、波传播向三维回波信号。在本专利技术的一个不例性实施例中,提供了一种基于上述三维回波信号的机载下视阵列3-D SAR成像的方法。如图2所示，本实施例包括:步骤A:对航迹向空域、跨航向空域、波传播方向时域的三维回波信号进行波传播向FFT变换、波传播向频域匹配滤波及距离历程夫琅和费近似处理，得到航迹向空域、跨航向空域、波传播向频域三维信号S(xm, yn, fk),其中fk表示波传播方向基带频率；机载下视阵列3-D SAR采集得到的航迹向空域、跨航向空域、波传播方向时域三维回波信号为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载下视阵列3?D?SAR成像的方法，其特征在于，包括：?步骤A，对航迹向空域、跨航向空域、波传播方向时域的三维回波信号进行波传播向FFT变换、波传播向频域匹配滤波及距离历程夫琅和费近似处理，得到航迹向空域、跨航向空域、波传播向频域三维信号S(xm，yn，fk)，其中fk表示波传播方向基带频率；?步骤B：对距离历程夫琅和费近似后的航迹向空域、跨航向空域、波传播方向频域三维信号S(xm，yn，fk)，通过插值方式沿航迹向、跨航向重采样得到S(x′m，y′n，fk)；?步骤C：对沿航迹向和跨航向重采样后的信号S(x′m，y′n，fk)沿波传播方向进行FFT变换，沿航迹向和跨航向进行IFFT变换，得到观测场景区域三维极坐标重建结果σ(α，β，γ)；以及?步骤D：对观测场景区域三维极坐标重建结果σ(α，β，γ)进行极坐标到直角坐标的三维转换，得到观测场景区域三维直角坐标重建结果σ(x，y，z)。?FDA00002987561400011.jpg

【技术特征摘要】
1.一种机载下视阵列3-D SAR成像的方法，其特征在于，包括: 步骤A，对航迹向空域、跨航向空域、波传播方向时域的三维回波信号?)进行波传播向FFT变换、波传播向频域匹配滤波及距离历程夫琅和费近似处理，得到航迹向空域、跨航向空域、波传播向频域三维信号S (xm, yn, fk),其中fk表示波传播方向基带频率； 步骤B:对距离历程夫琅和费近似后的航迹向空域、跨航向空域、波传播方向频域三维信号30^，5^，4)，通过插值方式沿航迹向、跨航向重采样得到50^ m，y' n，fk); 步骤C:对沿航迹向和跨航向重采样后的信号S(x' m，y' n，fk)沿波传播方向进行FFT变换，沿航迹向和跨航向进行IFFT变换，得到观测场景区域三维极坐标重建结果σ (α，β，Y);以及 步骤D:对观测场景区域三维极坐标重建结果σ (α，β，Υ)进行极坐标到直角坐标的三维转换，得到观测场景区域三维直角坐标重建结果σ (x，y，z)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括: 子步骤Al，对上述时域三维回波信号进行波传播方FFT变换，转换后的航迹向空域、跨航向空域、波传播方频域的信号； 子步骤A2，对FFT变换后的航迹向空域、跨航向空域、波传播方向频域的信号在波传播方向频域进行匹配滤波...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦平，彭学明，谭维贤，洪文，吴一戎，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：