[发明专利]一种基于Keystone变换的地基合成孔径雷达快速成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及地基合成孔径雷达(Ground Based Synthetic Aperture Radar，GB SAR)系统成像，具体涉及一种基于Keystone变换的地基合成孔径雷达快速成像方法。 

背景技术

近年来，我国各地区域形变灾害频发，严重影响国民经济发展和社会安定，对人们的生产生活以及生命安全带来严重威胁。因此，亟需开展针对区域形变的有效监测、预警、防护工作。GB SAR是SAR的星载、机载工作模式在地面的应用，具有全天时、全天候、大范围连续形变监测的能力，在区域形变监测应用领域具有十分重要的作用。GB SAR系统利用天线在水平平直轨道上的运动，形成方位合成孔径，获取SAR图像。通过天线多次沿轨道的往复运动获取观测区域的时间序列数据，利用差分干涉技术实现毫米级乃至亚毫米级精度的形变监测能力。为了获得及时有效的预警效果，GB SAR系统信号处理模块必须具备实时处理能力，SAR成像单元作为主要耗时单元，必须在短时间内生成大区域、高精度、相位质量良好的SAR图像,以用于后续差分干涉测量。因此对GB SAR系统快速成像方法的研究十分必要。 

通常情况下，GB SAR方位合成孔径仅有数米长，而照射场景达数平方千米，场景距离范围从天线近场一直延伸至远场，同时方位扫描范围可达60°—120°，在这种几何配置下GB SAR信号模型可比拟为传统机载SAR、星载SAR全孔径模型下的一个极为短小的子孔径数据，这使得GB SAR具有不同于机载SAR、星载SAR的信号特点和特殊问题。首先，GB SAR方位分辨率随距离线性恶化， 场景远近距离比(最远作用距离与最近作用距离之比)可达数十倍，这意味着远区目标的方位分辨率大小是近区目标的数十倍，若仍采用直角坐标成像算法将造成对远场景过高的过采样，无谓增大数据量，不符合GB SAR实时处理的宗旨，因而相比于直角坐标系成像算法，基于极坐标系或伪极坐标系的成像算法更为适用；其次，与传统机载、星载SAR不同，GB SAR中不同方位角处目标回波具有不同的多普勒中心，加之GB SAR较大的方位扫描范围，场景内点目标回波多普勒中心变化很大，因而RD/CS等针对单一多普勒中心的方位聚焦算法在GB SAR背景下不适用；另外，如前所述实时工作下的GB SAR系统对成像算法运算量要求很高，RMA和BP等精度高成像算法不能满足实时性需求；最后，由于成像场景较大，PFA这类聚束SAR成像算法仅能保证场景中参考点及其附近区域目标聚焦，目标偏离参考点越远，聚焦效果越差，而分块PFA算法虽然能解决上述问题，但分块处理将增加PFA插值次数，而增加的运算量不能满足GB SAR实时性要求。 

上面提到的成熟SAR成像算法多建立于星载SAR、机载SAR几何条件下，由上述分析可知，这些成像算法并不适用于GB SAR的快速成像，目前针对GBSAR特殊几何构型的SAR成像算法研究还很少，因而现有地基SAR成像多沿用传统的BP算法或RMA算法，然而这两种算法尽管处理精度高，但是运算量十分巨大，当对大场景区域目标进行观测和成像时，上述算法难以保证实时处理需求；西班牙UPC大学的J.Fortuny-Guasch提出一种地基SAR快速伪极坐标成像算法,该方法避免了原极坐标格式算法(PFA)中的插值运算，使用K阶泰勒级数展开和二维快速傅里叶变换实现方位聚焦，从而降低了算法运算量。然而该算法仅适用于远场成像，对于近场工作的GB-SAR系统该方法不适用。总的来说，针对地基SAR特殊几何构型的高效高精度成像算法研究领域尚显空白。 

因此需要一种能适应GB SAR信号模型特点和快速性需求的成像方法。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于Keystone变换的地基合成孔径雷达快速成像方法，能够适应GB SAR形变监测系统目标区域距离跨度大、多普勒中心空变性严重、方位分辨率随距离扩大等成像处理问题，并能满足系统实时性需求。 

本发明的基于Keystone变换的地基合成孔径雷达快速成像方法，包括如下步骤： 

步骤1，对雷达回波信号进行距离向处理： 

将回波信号进行距离压缩，在距离频域对距离压缩后的信号进行Keystone变换，完成距离徙动校正； 

步骤2，方位相处理：