[发明专利]一种基于波数域算法的步进频SAR的成像方法

说明书

技术领域

本发明属于合成孔径雷达技术领域。

背景技术

步进频SAR是目前国内外高分辨率技术中的研究热点，具有测距精度高、抗杂波能力强、可以识别真假目标和反隐身等优点，在军用和民用等领域有着广阔的应用前景。

步进频SAR通过合成子脉冲得到的大带宽信号来实现距离向高分辨率，通过雷达载机平台的运动，形成长线性阵列来实现方位向高分辨率。平台相对地面静止目标之间的运动分为三种：发射脉冲期间的运动、接收脉冲期间的运动以及相邻发射脉冲之间的运动。步进频SAR的脉冲间运动引起的斜距变化会导致目标距离像的偏移和质量的退化(包括分辨率和信噪比)，必须要补偿这个斜距变化值。

针对补偿方法的研究，大部分文献分析了雷达径向速度对步进频SAR一维距离像的影响，通常采用一种改变脉冲重复间隔的方法来消除多普勒二次相位，合成距离成像的结果只体现为距离像的平移，避免了距离向分辨率的恶化和信噪比的损失。但这种补偿方法是基于一维距离成像而言的，对于二维成像不适用。

对于步进频SAR成像算法的研究，通常是先进行频域宽度拼接，把窄带信号拼接为宽度信号，频域宽度拼接得到一维高分辨距离像，然后再利用距离多普勒算法、后向投影算法以及的ChirpScaling算法等得到二维压缩图像。

发明内容

本文提出一种基于波数域算法的步进频体制的高分辨率合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)的成像方法。由于步进频SAR回波信号的距离向是频域信号，方位向为线性调频时域信号，可以用驻定相位原理对方位向进行FFT后变为二维频域信号，其相位中有一项是由脉冲间斜距差引入的，提出了在二维频域中补偿方法，解决脉冲间运动引起的斜距变化导致的目标距离像偏移和质量退化。而波数域成像算法的主要聚焦操作是在二维频域上实现的，另外，只要满足速度恒定，就能够在大孔径范围内校正沿距离向的距离走动变化。同时，步进频SAR一般应用在高分辨率情形下，而波数域算法精度较高，计算量相对适中。

本发明提出一种基于波数域算法的步进频SAR的成像方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：对接收合成孔径雷达的回波信号，利用驻定相位原理对回波信号的方位向进行快速傅里叶变换,获得二维频域数据；

步骤2：将二维频域数据与补偿函数相乘，补偿雷达与目标之间的相对运动导致的脉冲间对应的瞬时斜距差；

步骤3：对步骤2获得数据进行聚焦处理，将步骤2获得的结果与参考函数相乘，使参考处目标得到完全聚焦，非参考处目标得到部分聚焦；

步骤4：对步骤3获得的数据进行Stolt插值，完成非参考处目标的补余聚焦；

步骤5：对步骤4获得的聚焦数据进行距离向快速傅里叶逆变换，完成距离压缩；

步骤6：对步骤5获得距离向压缩数据进行方位向快速傅里叶逆变换，完成方位压缩，将信号变回到时域即图像域。

进一步的所述步骤2中的补偿函数为：

H(f_a)＝exp(-j2πf_anT_r)

其中：f_a表示多普勒频率，n表示f_a时发射的子脉冲序号，n＝0,1,…,N-1，T_r表示雷达脉冲周期。

进一步的所述步骤3中使用RFM滤波器对参考距离处的相位进行补偿，使参考处目标得到完全聚焦，而非参考处目标得到部分聚焦。

本发明的有益效果是，提出了在二维频域中补偿了雷达与目标之间的相对运动导致的脉冲间对应的瞬时斜距差，校正图像距离像的偏移和提高图像质量。后续使用波数域算法，即通过参考函数相乘和Stolt插值在距离频域采样点、方位多普勒域中精确聚焦目标。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是步进频SAR信号图。

图2是雷达数据获取的几何关系图。

图3是本发明的步进频SAR的波数域成像算法流程图。

图4是多点目标成像仿真等高线图。

图5是多点目标成像仿真的三维图。

图6中(a)是点目标1成像仿真结果的方位剖面图；(b)是点目标1成像仿真结果的距离剖面图；

(c)是点目标2成像仿真结果的方位剖面图；(d)是点目标2成像仿真结果的距离剖面图。

(e)是点目标3成像仿真结果的方位剖面图；(f)是点目标3成像仿真结果的距离剖面图。

具体实施方式