[发明专利]一种合成孔径雷达残余距离徙动校正方法

权利要求书

1.一种合成孔径雷达残余距离徙动校正方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取二维回波信号，利用常规匹配滤波方法进行距离向脉冲压缩；包括以下子步骤：

S11、计算雷达平台对成像区域中心点目标距离历史，产生存在运动误差的SAR点目标仿真回波矩阵；

S12、对回波进行距离向傅里叶变换，然后通过距离向乘以匹配滤波器匹配函数H₁(f_τ)，实现距离向脉冲压缩：

$H_1\left(f_{\mathrm{\τ}}\right)=rect\left(\frac{f_{\mathrm{\τ}}}{B}\right)\exp (-j\mathrm{\π}\frac{f_{\mathrm{\τ}}^2}{K_r})$

其中，K_r为距离向调频斜率，f_τ为距离向频率，τ为距离向快时间，B为常数；

脉冲压缩后点目标回波数据记为s₀(τ,t)：

$s_0(\mathrm{\τ},t)=\sin c\[\mathrm{\τ}-\frac{2R\left(t\right)}{c}\]w_{az}\left(t\right)\exp \[-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}R\left(t\right)\]---\left(1\right)$

其中，c为电磁波传播速度，t为方位向慢时间，w_az(t)为方位向时域包络，λ为波长，R(t)为实际情况中参考点目标的距离历史；

S2、对距离向脉冲压缩后的二维回波数据进行距离徙动校正；包括以下子步骤：

S21、将距离向压缩后的回波信号s₀(τ,t)分别进行方位向和距离向傅里叶变换，得到SAR二维频域信号S₀(f_τ,f_η)；

S22、构造距离徙动校正相位H_RCMC(f_τ,f_t)：

$H_{RCMC}(f_{\mathrm{\τ}},f_t)=\exp (-j2\mathrm{\π}\frac{f_c{V}^2{f}_t^2{f}_{\mathrm{\τ}}}{{\mathrm{\λR}}_0})---\left(2\right)$

其中，f_c为载波频率，V为平台运动速度，R₀为理想情况下多普勒中心穿越时刻瞬时斜距，f_τ为距离向参考频率，f_t为方位向参考频率；

S23、将步骤S22构造的距离徙动校正相位乘以SAR二维频谱信号S₀(f_τ,f_η)；

S24、将步骤S23得到的频域回波信号进行二维傅里叶反变换，得到距离徙动校正后二维时域信号s₁(τ,t)：

$s_1(\mathrm{\τ},t)=\sin c\[\mathrm{\τ}-\frac{2R_0+2\mathrm{\Δ}R\left(t\right)}{c}\]w_{az}\left(t\right)\exp \[-j\frac{4\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}R\left(t\right)\]---\left(3\right)$

其中，ΔR(t)为平台运动误差所造成的距离历史偏移量；

S3、对距离徙动校正后的二维回波数据进行残余徙动校正：对距离徙动校正后的回波s₁(τ,t)取模，得到信号s₂(τ,t)：

s₂(τ,t)＝|s₁(τ,t)|(4)

从p＝2到N，N为距离向采样点数；依次对信号s₂(τ,t)第p行方位向数据f_p(t)进行残余距离徙动校正，具体包括以下子步骤：

S31、获取相位差函数：对信号s₂(τ,t)的第p-1和p行数据f_p-1(t)、f_p(t)分别进行傅里叶变换，得到频域信号F_p-1(ω)和F_p(ω)，再将两个频域信号对应相除，再提取相位信息，得到F_p-1(ω)和F_p(ω)之间的相位差函数Φ(ω)：

$\mathrm{\Φ}\left(\mathrm{\ω}\right)=angle\left(\frac{F_p\left(\mathrm{\ω}\right)}{F_{p-1}\left(\mathrm{\ω}\right)}\right)---\left(5\right);$

S32、进行正余弦均值滤波，包括以下子步骤：

S321、把相位差函数Φ(ω)离散化为相位差序列Φ[i]，将Φ[i]映射到一个二维的向量空间，映射关系为：

a[i]＝cos(Φ[i])(6)

b[i]＝sin(Φ[i])(7)

其中，a[i]为相位差的正弦序列，b[i]为相位差的余弦序列；

S322、把序列a[i]、b[i]进行均值滤波，得到滤波后序列

$\stackrel{\‾}{a}\[i\]=\frac{1}{M}\underset{i\∈W}{\mathrm{\Σ}}a\[i\]---\left(8\right)$

$\stackrel{\‾}{b}\[i\]=\frac{1}{M}\underset{i\∈W}{\mathrm{\Σ}}b\[i\]---\left(9\right)$

其中，W是以i为中心的邻域，M为该邻域大小；

S323、计算正余弦均值滤波后相位差函数

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\Φ}}}_1\[i\]=\arctan \left(\frac{\stackrel{\‾}{b}\[i\]}{\stackrel{\‾}{a}\[i\]}\right)---\left(10\right)$

余弦均值滤波后的相位差被限制在(-π/2,π/2]；

S324、通过正余弦函数的正负关系判断相位差序列值所处的象限，得到滤波后的相位差序列具体判断方法如下：

1)如果则

2)如果则

3)如果则

4)如果则

S325、对滤波后相位差序列进行解缠处理，得到真实相位差序列

S33、进行自适应拟合，具体包括以下子步骤：

S331、对相位差序列求一阶差分，得到差分序列

${\stackrel{\‾}{\mathrm{\Φ}}}^{\′}\[i\]=\stackrel{\‾}{\mathrm{\Φ}}\[i\]-\stackrel{\‾}{\mathrm{\Φ}}\[i-1\]---\left(11\right)$

S332、对差分序列作邻域平均，得到邻域平均后的差分序列

S333、从中心零频开始，向左和向右分别对序列分别进行峰值搜索，若一旦峰值大于预设的阈值δ，则停止搜索，将大于阈值δ的点的位置作为拟合区间边界，得到拟合区间[c,d]；

S334、对相位差序列在区间[c,d]上进行最小二乘拟合，得到相位差的斜率k_p；

S34、进行位移校正，具体包括以下子步骤：

S341、取步骤S24的距离徙动校正后的二维时域信号s₁(τ,t)第p行方位向信号，记为g_p(t)；

S342、对信号g_p(t)做傅里叶变换得到第p行方位向信号的频谱G(ω)；

S343、对第p行方位向信号的频谱G(ω)乘以exp(jωk_p)后再进行逆傅里叶变换，得到位移校正后的第p行方位向时域数据

${\tilde{g}}_p\left(t\right)=IFT\[G\left(\mathrm{\ω}\right)\exp \left({\mathrm{j\ωk}}_p\right)\]---\left(13\right);$

S4、输出校正结果。

2.根据权利要求1所述的合成孔径雷达残余距离徙动校正方法，其特征在于，所述的步骤S4的具体实现方法为：将信号s₁(τ,t)的第1行方位向信号g₁(t)与校正后第p行数据逐行排列，组成校正后的信号并进行输出，得到校正结果。