[发明专利]一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，涉及一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，用于聚束模式合成孔径雷达成像，适用于机载和星载平台。

背景技术

合成孔径雷达成像属于高分辨成像技术，在距离方向，它通过发射大带宽信号获得高分辨；通过移动实孔径天线，合成孔径雷达可以在很大的视角范围内照射场景，从而极大地提高了方位分辨率。

后向投影算法(Back Projection Algorithm，BPA)，是从计算机层析成像领域引入的。该算法从合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)本质工作原理出发，对距离脉压后的数据后向投影到各成像点，然后通过相干积累得到精确聚焦的图像。该方法能够适用于合成孔径雷达SAR的任意工作模式，能够对含有运动误差的任意成像几何的合成孔径雷达SAR数据进行精确聚焦。然而后向投影算法BPA需要逐点遍历，计算量大，效率低。当图像为N×N点，孔径长度也为N时，整个成像过程需要N3次插值操作。庞大的计算量限制了该算法的实践应用。

为减少后投影算法BPA的计算量，提高算法计算效率，Yegulalp提出了一种快速后投影算法(Fast Back Projection Algorithm，FBPA)。当分块大小取为时，该算法计算量达到理论最优的O(N2.5)。相对于后向投影算法BPA，该算法计算量有所减少，但是在实际应用中，算法效率仍然不高。

Ulander等以2或4为基数，将后向投影算法BPA进一步细分，提出了快速分级后投影算法(Fast Factorized Back Projection Algorithm，FFBPA)。当基数取2或4时，快速分级后投影算法FFBPA计算量达到理论最优的O(N2log2N)。快速分级后投影算法FFBPA采用金字塔型计算结构，通过逐级二维插值实现成像。相对于后投影算法BPA和快速后投影算法FBPA，快速分级后投影算法FFBPA计算量下降，计算效率有了一定提高。然而快速分级后投影算法FFBPA仍然需要二维逐点插值，在实际应用中计算量大，计算效率不高。

以上算法中，BPA、FBPA、FFBPA在实际应用中计算量都比较大，效率不高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有算法的不足，提出一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，这种方法计算量小，效率更高，能够更好的兼顾成像效率和成像质量。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于几何校正的多级后投影合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，合成孔径雷达接收目标的原始回波信号，对接收到的回波信号进行解调和采样处理；

步骤2，对解调和采样后的信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离脉压后的信号；

步骤3，对距离脉压后的信号进行方位分块操作，将距离脉压后的信号分成N个子孔径信号并且将雷达全孔径分成N个子孔径；以每个子孔径的中心为原点，建立每个子孔径的极坐标系即局部极坐标系；在局部极坐标系中对每个子孔径信号进行后投影成像，得到每个子孔径信号对应的第0级子图像I₀(r₁,θ₁)，I₀(r₂,θ₂)，…，I₀(r_i,θ_i)，…，I₀(r_N,θ_N)；

步骤4，对第j级子图像中相邻两个子图像进行两两分组，即将前一子图像和后一子图像分为一组；m_j＝1,2,....N_j，j＝0,1,2,...,N_s-1，N表示子孔径数目，N_s为一个正整数；

步骤5，对每一组中的前一子图像和后一子图像进行几何校正，即对每一子图像的每行角度维元素和每列距离维元素进行平移；

将每一组中的前一子图像的每行角度维元素进行平移，每行角度维元素平移量如下式(1)，每列距离维元素进行平移，每列距离维元素平移量如下式(2)；前一子图像每行和每列平移后，得到平移后的前一子图像