[发明专利]一种SAR图像仿真过程中方位向聚焦位置的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成孔径雷达（Synthetic Aperture Image,SAR）图像仿真过程中方位向(azimuth)聚焦位置的计算方法，涉及高频散射计算和合成孔径雷达成像两个领域。

背景技术

近年来，SAR设备和成像技术不断发展，SAR图像的理解和解译问题倍受关注。为了反演目标信息，建立SAR图像和目标之间的关系，当前普遍采用的研究手段是利用散射机理和SAR工作原理进行SAR图像的仿真。SAR图像仿真已经成为SAR领域的研究热点之一。SAR图像仿真主要包含场景建模、散射计算、图像构建三个步骤。方位向和距离向位置的确定是图像构建的过程。

传统的SAR图像仿真需要根据观测条件对所考察的场景进行多角度、多频率条件下的二维散射计算，这样的仿真过程可以有效模拟目标在雷达飞行中散射的变化和合成孔径因素对SAR图像特征的影响由于电磁散射计算的复杂性和二维散射计算量巨大，该方法仿真速度慢，图像构建中需要根据模拟的回波利用成像算法确定目标方位向和距离向位置[李仁杰等，基于电磁散射特性计算的目标SAR图像仿真，雷达科学与技术，8(5):395-405,2010.]。在实际应用中，通常不需要考虑目标的散射机制随方位角和入射频率变化，由此导致：基于投影映射原理的仿真方法逐渐成为SAR图像仿真领域的主流[徐丰等，基于投影映射的复杂地面场景极化SAR成像模拟，16(11):1459-1471,2006]，该方法简化了SAR图像生成的过程，近似认为目标的散射不随合成孔径时间而变化，忽略合成孔径和成像的过程，在图像构建过程中，认为目标散射最终返回雷达时所对应的坐标既是目标方位向聚焦的位置。

基于投影映射的SAR图像仿真方法简化了目标散射的过程，针对方位向聚焦位置的计算，该方法没有考虑合成孔径的过程，直接利用目标散射最终返回雷达时所对应的位置代替方位向聚焦的位置，这样得到的仿真SAR图像与实际的SAR图像在很多图像特征上会存在差异。

这种差异存在的根本原因在于，当目标发生多径散射时，由于合成孔径的影响，目标散射返回雷达时所对应的位置与实际聚焦的方位向位置存在着差异，需要找到一种方法考虑合成孔径过程给多径散射方位向聚焦带来的影响。总之，目前，基于投影映射的SAR图像仿真方法中方位向聚焦的步骤忽略了SAR的合成孔径过程，仿真得到的SAR图像与实际的SAR图像存在着差异，应当改进。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种SAR图像仿真过程中方位向聚焦位置的计算方法，能有效的表达合成孔径因素对方位向聚焦位置的影响，使得仿真图像中由于合成孔径产生的SAR图像特征充分表现出来。

本发明的技术解决方案如下：

该SAR图像仿真过程中方位向聚焦位置的计算方法，包括以下步骤：

第一步，确定初始等相位面和射线起点：在目标近雷达一侧，根据雷达波束入射的方向选定初始等相位平面，并在该平面上确定射线起点坐标；

第二步，计算目标坐标系下射线起点的坐标，根据坐标变换矩阵T,假设A、B两点分别为某条射线的入射点和弹出点，设A点在目标坐标系下的坐标为：[x_A,y_A,z_A]=[X_A,Y_A,Z_A]·T；

第三步，射线循迹：射线从A点出发，依次弹射经过C、D点，最后在等相位面的B点返回雷达，根据第二步的射线起点坐标，根据射线理论计算射线在等相位面的出射点B的位置，令其成像坐标系下的坐标[X_B,Y_B,Z_B]；

第四步，计算该条射线的近似方位向聚焦位置：令雷达波束中心经过A点时对应的斜距为R_A，雷达波束中心经过时对应的斜距R_B；则该条射线的近似方位向聚焦位置_η为：