[发明专利]一种非匀速太赫兹雷达平台SAR成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术，具体涉及一种太赫兹雷达平台在非匀速运动情况下的合成孔径雷达(SAR)成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)利用雷达信号的大带宽技术和雷达运动形成的大孔径实现距离向和方位向的高分辨成像。SAR成像具有全天时、全天候的区域检测成像能力，在军事和民用方面上得到了越来越广泛的应用。太赫兹波相比传统的X波段，L波段等的电磁波具有更高的频率和更大的带宽，将太赫兹应用于SAR成像，可以有效提高雷达成像的分辨率，实现对微小目标的成像。另外，太赫兹波能够穿透许多非导电材料，有利于对隐蔽目标的探测成像，在军事探测和安检等方面具有很大的应用潜力。

在SAR成像处理技术中，通常将回波数据变换到频域或波数域进行处理，因此对回波数据做傅立叶变换是成像操作的重要步骤。传统的傅立叶变换对数据采样具有严格的要求，即数据必须在方位向位置上均匀采样。然而，由于外界因素的影响，雷达平台不能按照理想的轨迹运动，采集数据时会出现轨迹上的偏差，此时在方位向上时间均匀的采样就会导致数据采集位置的不均匀，如果仍直接进行傅立叶变换操作，回波信号在方位向的频域就会出现偏差，最终导致成像结果在方位向出现散焦。

目前常用的方法是采用自聚焦算法进行运动补偿。自聚焦算法的一种是在成像过程中估计方位向多普勒调频率，通过估计得到的多普勒调频率调整方位向参考函数，从而得到更好的方位向聚焦效果。另一种是基于图像的自聚焦算法，这类算法在复图像域估计方位向的相位误差，然后再进行补偿校正。自聚焦算法的缺点是往往需要通过一定的迭代计算得到多普勒调频率或者相位误差，影响成像计算效率。

发明内容

针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种非匀速太赫兹雷达平台SAR成像方法。该方法的基本思想是通过回波数据估计出雷达非匀速运动情况下的采样位置，利用非均匀傅立叶变换将数据的方位向变换到频域，然后进行stolt插值，最后由二维傅立叶反变换得到成像结果。

该非匀速太赫兹雷达平台SAR成像方法，包括以下步骤：

步骤1：雷达发射太赫兹频段0.1THz～10THz线性调频信号

其中，τ为快时间，t为慢时间，T_p为脉冲宽度，f_c为中心频率，选取在太赫兹频段，γ为调频斜率，表示虚数单位。

点目标坐标为(x_p,y_p,0)，在慢时间时刻t，雷达的位置为(x_a(t),0,h)，其中方位向坐标v为理想状态下的雷达速度，为雷达速度不均匀导致的位置偏离；则t时刻，点目标与雷达的瞬时距离R(t)为

雷达接收到的回波信号为

以雷达运动轨迹与场景中心的垂直距离作为参考距离R_ref，做去调频处理，输出信号为

其中ΔR＝R(t)-R_ref，式中相位项是去调频处理产生的剩余视频相位，在距离压缩前将其去除。

对去除剩余视频相位后的信号做距离向傅立叶变换，实现距离向的压缩，得到在距离频域上各点目标的sinc状脉冲信号。

步骤2：通过回波信号计算雷达在方位向各个采样时刻的位置

对步骤1中距离向傅立叶变换后的数据进行截取，获得特显点目标对应的数据矩阵，对所得数据矩阵在一个方位向上搜索，得到该方位向上的最大值以及最大值对应的位置，对每个方位向重复以上搜索得到所有方位向上的最大值和其对应的位置。

由前述所有方位向上的最大值对应的位置信息得到点目标与雷达的瞬时距离取其最小值为点目标与雷达的最近距离由公式

计算出每个方位向采样时刻t₀，t₁，…，t_N对应的方位向位置，进而得到对应的采样序列号k

分别表示慢时间t取值为t₀、t_N时的方位向位置。

步骤3：基于步骤2得到的采样序列号，对步骤1中得到的脉冲信号数据x(ε)做方位向，即慢时间域的非均匀傅立叶变换，得到方位向频域均匀分布的信号，ε＝-N/2,…,N/2-1表示方位向序列号。

步骤3-1：构造矩阵

其中，N为方位向数据长度，ω＝e^j2π/mN，m为信号过采样率，q为插值点数。