基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，包括步骤一：读入原始回波数据及相关成像参数；步骤二：读入变重频相关参数；步骤三：距离向位置补偿以及距离走动补偿处理；步骤四：方位向数据频谱搬移处理；步骤五：方位向拉格朗日插值处理；步骤六：方位向数据频带恢复处理；步骤七：二维傅里叶变换处理；步骤八：一致压缩处理；步骤九：斯托尔特插值处理；步骤十：方位向傅里叶逆变换处理；步骤十一：几何校正处理；步骤十二：距离向傅里叶逆变换处理；本发明专利技术由于本发明专利技术提出的成像算法利用拉格朗日插值法实现方位向非均匀采样重构，相比于非均匀傅里叶变换，能够更加简单容易地完成方位向非均匀信号的有效重构。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，包括步骤一：读入原始回波数据及相关成像参数；步骤二：读入变重频相关参数；步骤三：距离向位置补偿以及距离走动补偿处理；步骤四：方位向数据频谱搬移处理；步骤五：方位向拉格朗日插值处理；步骤六：方位向数据频带恢复处理；步骤七：二维傅里叶变换处理；步骤八：一致压缩处理；步骤九：斯托尔特插值处理；步骤十：方位向傅里叶逆变换处理；步骤十一：几何校正处理；步骤十二：距离向傅里叶逆变换处理；本专利技术由于本专利技术提出的成像算法利用拉格朗日插值法实现方位向非均匀采样重构，相比于非均匀傅里叶变换，能够更加简单容易地完成方位向非均匀信号的有效重构。【专利说明】基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法
本专利技术属于信号处理领域，特别涉及一种基于变重频技术的机载大斜视条带合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像方法。
技术介绍
SAR作为一种重要的微波成像技术，能够克服云雾雨雪和暗夜条件的限制进行对地遥感观测，在军事侦察测绘以及诸多民用领域可发挥重要作用，为越来越多的国家所重视。机载斜视SAR由于其具有较高的灵活性和机动性，能够灵活地选择观测区域与快速重访敏感区域，使得斜视SAR系统观测性能优于传统正侧视SAR系统。因此，近些年来机载斜视SAR已经成为一个重要的发展方向。但是，机载大斜视SAR系统也面临新困难与挑战。由于距离徙动量随斜视角的增大以及分辨率的提高而成倍增长，进而使得回波接收窗长逐渐增大。此外，同等分辨率条件下斜视SAR系统方位有效带宽大于正侧视SAR系统的方位有效带宽，且随斜视角度的增大，方位向有效带宽逐渐增大，这意味着为避免方位向频谱混叠，斜视SAR系统脉冲重复频率需随之增大，即脉冲重复周期变小。因此，随着斜视角度的增大，回波接收窗长增大而脉冲重复周期变小，当斜视角度增加到一定程度时，脉冲重复周期小于回波接收窗长将导致大斜视SAR系统无法正常工作。除此之外，大斜视SAR系统的大距离徙动量使得原始回波数据量的显著增加，加大了数据存储与实时成像的困难。针对上述大斜视SAR系统面临的问题，目前主要采用变脉冲重复频率技术，即变重频技术。变重频技术通过改变脉冲重复频率，调整回波在接收窗中的位置，进而缩短回波接收窗所需长度以及回波数据量，从而使得大斜视SAR系统正常工作。由于距离走动在距离徙动中的起主导作用且距离走动与斜距无关，因此常用的变重频技术准则为通过变脉冲重复频率消除距离走动。变重频技术的出现解决了大斜视SAR系统回波录取以及回波海量数据的问题，但是基于变重频技术的机载大斜视条带SAR系统数据处理存在以下挑战:方位向与距离向严重耦合、方位向非均匀采样重构以及距离徙动精确校正，上述问题使得传统成像方法不再适用。因此，专利技术一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法显得至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，基于变重频技术的特点，结合传统波数域成像方法，提出了一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法。一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，包括以下几个步骤:步骤一:读入原始回波数据及相关成像参数；读入基于变重频技术的机载大斜视条带SAR 二维原始回波仿真复数组Sstart以及相应的成像参数，具体包括:方位向采样点数Na，距离向采样点数队，信号采样率fs，信号带宽Bw，脉冲宽度τ，调频斜率b，仿真中心时刻脉冲重复频率PRF。，参考斜距RMf，多普勒中心频率Wtl,多普勒调频率frt，卫星速度Pv，等效斜视角，信号波长λ，信号载频&，信号传播速度C ;步骤二:读入变重频相关参数；读入变重频相关参数，具体包括:一维方位向各采样时刻脉冲重复频率序列PRFeha,—维方位向各米样时刻时间序列Teha以及一维方位向各米样时刻瞬时斜距序列Reha。步骤三:距离向位置补偿以及距离走动补偿处理；将二维回波仿真复数组Sstart做距离向位置补偿处理:首先计算按仿真中心时刻脉冲重复频率PRF。进行均匀采样时的一维方位向各采样时刻序列Tmi ;其次计算按均匀采样时刻Tmi时的一维瞬时斜距序列Runi ;再次对二维回波仿真复数组Sstart做距离向傅里叶变换，即沿方位向(按行)进行快速傅里叶变换(FFT)，得到二维复数组S1。。—i ;再次将二维复数组S1()。」同距离向位置补偿因子H1以及距离走动补偿因子H2相乘，得到二维复数组S1()。2 ；最后将二维复数组S1。。—2做距离向傅里叶逆变换，即沿方位向(按行)进行快速傅里叶逆变换(IFFT)，得到调整距离向位置后的二维复数组S1()。；步骤四:方位向数据频谱搬移处理；将步骤三得到的二维复数组S1()。同频谱搬移因子H3相乘，得到方位向频谱搬移后二维复数组Sbase ；步骤五:方位向拉格朗日插值处理；对步骤四得到的二维复数组Sbase，利用拉格朗日插值法进行方位向插值处理，得到按PRF。均匀采样的二维复数组Suni ；步骤六:方位向数据频带恢复处理；对步骤五得到的二维复数组Smi同频带恢复因子H4相乘，得到方位向频带恢复后二维复数组Snrat ；步骤七:二维傅里叶变换处理；对步骤六得到的二维复数组Snew做二维(方位向与距离向)傅里叶变换:首先沿方位向(按行)进行快速傅里叶变换(FFT)，得到方位时域距离频域复数组Sspl ;其次沿距离向(按列)进行快速傅里叶变换(FFT)，得到二维频谱复数组Ssp ；步骤八:一致压缩处理；将步骤七得到的二维频谱复数组Ssp同一致压缩因子H5相乘，得到粗聚焦复数组Sbulk ;步骤九:斯托尔特插值处理；将步骤八得到的粗聚焦复数组Sbulk，利用辛格插值法进行斯托尔特插值处理，得到精确聚焦的二维复数组Swave ；步骤十:方位向傅里叶逆变换处理；将步骤九得到的复数组Swave沿距离向(按列)进行快速傅里叶逆变换(IFFT)，得到方位时域距离频域复数组Sa_t ；步骤^^一:几何校正处理；将步骤十得到的方位时域距离频域复数组Sa_t同几何校正因子H6相乘，得到经几何校正后的复数组Sge。；步骤十二:距离向傅里叶逆变换处理；将步骤十一得到的复数组Sgraj沿方位向(按行)进行快速傅里叶逆变换(IFFT)，得到最终的成像结果Smd ；本专利技术优点在于:(I)本专利技术提出了一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，解决了目前基于变重频技术的机载大斜视条带SAR原始回波数据没有成像算法的现状。(2)本专利技术提出了一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，具有简单易实现的特点。由于本专利技术提出的成像算法利用拉格朗日插值法实现方位向非均匀采样重构，相比于非均匀傅里叶变换，能够更加简单容易地完成方位向非均匀信号的有效重构。(3)本专利技术提出了一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，具有运行效率高的特点。由于本专利技术提出的成像算法在成像开始补偿变重频技术带来的回波录取位置变化的同时做距离走动补偿，减小了成像时所需距离向长度，减小了成像数据量，进而提闻了成像效率。(4)本专利技术提出了一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，具有高精度聚焦的特点。由于本专利技术提出的成像方法是一种基于波数域聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于变重频技术的机载大斜视条带SAR成像方法，包括以下步骤：步骤一：读入基于变重频技术的机载大斜视条带SAR二维原始回波仿真复数组Sstart和成像参数；Sstart为Na×Nr二维复数组，成像参数包括：方位向采样点数Na，距离向采样点数Nr，信号采样率fs，信号带宽Bw，脉冲宽度τ，调频斜率b，仿真中心时刻脉冲重复频率PRFc，参考斜距Rref，多普勒中心频率fd0，多普勒调频率fr0，卫星速度Pv，等效斜视角，信号波长λ，信号载频f0，信号传播速度c；步骤二：读入变重频相关参数；变重频相关参数包括一维方位向各采样时刻脉冲重复频率序列PRFcha，一维方位向各采样时刻时间序列Tcha以及一维方位向各采样时刻瞬时斜距序列Rcha；其中，PRFcha、Tcha、Rcha大小均为Na×1；步骤三：对二维原始回波仿真复数组Sstart做距离位置补偿以及距离走动补偿处理，具体步骤为：（a）构造一维序列M,N，其中M代表行，N代表列；M＝[1，2，...，Na]N＝[1,2,...,Nr]            （1）（b）计算按仿真中心时刻脉冲重复频率PRFc进行均匀采样时的一维方位向各采样时刻序列Tuni(M)，并计算均匀采样时刻下的一维瞬时斜距序列Runi(M)；Tuni(M)=M-Na/2PRFc---(2)]]>（c）计算按PRFcha采样时场景中心目标回波接收时刻与回波窗开启时刻的时延tc(M)，并计算按PRFc采样时场景中心目标回波接收时刻与回波窗开启时刻的时延tu(M)；其中，为向下取整函数；（d）对二维回波仿真复数组Sstart(M,N)做距离向傅里叶变换，即沿方位向进行快速傅里叶变换，得到二维复数组Sloc_1(M,N)；Sloc_1(M,:)＝FFT(Sstart(M,:))         （6）其中，Sstart(M,:)表示Sstart的第M行，Sloc_1(M,:)表示Sloc_1的第M行，FFT(·)表示对一维数组进行快速傅里叶变换；（e）计算距离频域每列对应的距离频率数组fτ(N)；fτ(N)=N-Nr/2Nr·fs---(7)]]>（f）计算距离向位置补偿因子H1(M,N)；H1(M,N)=exp{-j·2π·[(2Rcha(M)c-2Runi(M)c)-(tc(M)-tu(M))]·fτ(N)}---(8)]]>其中j为单位复数；（g）计算距离走动补偿因子H2(M,N)；H2(M,N)＝exp{j·2π·fτ(N)·[λfd0Tcha(M)]}        （9）（h）将二维复数组Sloc_1(M,N)同距离向位置补偿因子H1(M,N)与距离走动补偿因子H2(M,N)相乘，得到二维复数组Sloc_2(M,N)；Sloc_2(M,N)＝Sloc_1(M,N)·H1(M,N)·H2(M,N)          （10）（i）将二维复数组Sloc_2(M,N)做距离向傅里叶逆变换，即沿方位向进行快速傅里叶逆变换，得到调整距离向位置后的二维复数组Sloc(M,N)；Sloc(M,:)＝IFFT(Sloc_2(M,:))        （11）其中，Sloc(M,:)表示Sstart的第M行，Sloc_2(M,:)表示Sloc_1的第M行，IFFT(·)表示对一维数组进行快速傅里叶逆变换；步骤四：方位向数据频谱搬移处理，具体可以分为以下几个步骤：（a）构造方位向频谱搬移因子H3(M)；H3(M)＝exp{j·2π·fd0·Tcha(M)}         （12）（b）将二维复数组Sloc(M,N)同方位向频谱搬移因子H3(M)相乘，得到方位向频谱搬移后的二维复数组Sbase(M,N)；Sbase(M,N)＝Sloc(M,N)·H3(M,N)           （13）步骤五：将步骤四得到的方位向频谱搬移后的二维复数组Sbase做方位向拉格朗日插值处理，具体分为以下几个步骤：（a）按列N计算均匀采样时刻序列Tuni(M)在不均匀采样时刻序列Tcha(M)中的位置p(M,N)；具体为：以计算第一行第一列的位置p(1,1)为例，首先计算绝对差值Δt(n)＝|Tuni(1)‑Tcha(n)|,n＝[1,2,...,Na]，获取最小的绝对差值Δtmin和对应位置的n，若Tuni(1)＜Tcha(n)，p(1,1)＝n，若Tuni(1)≥Tcha(1)，p(1,1)＝n+1，以此类推，得到每一个位置p(M,N)；（b）计算对二维均匀采样数组Suni(M,N)进行拉格朗日插值所需的插值基函数L(M,N)；L(M,N)=Πp=0M≠pNlTuni(M)-Tcha[p(M,N)-Nl/2+p]...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，曾虹程，杨威，朱燕青，王鹏波，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11