[发明专利]一种基于频域BP的图像域宽带合成方法

权利要求书

1.一种基于频域BP的图像域宽带合成方法，其特征是它包括以下几个步骤：

步骤1、初始化步进频SAR成像雷达系统参数：

初始化步进频SAR成像雷达系统参数，包括：光的传播速度，记为c，雷达载波基波波长，记为λ₀，雷达平台主天线发射信号带宽，记为B_r，雷达发射脉冲时宽，记为T_r，雷达采样频率，记为F_s，雷达脉冲重复频率，记为PRF，雷达波束宽度，记为B_a，基载频，记为f₀，频率步进量，记为Δf，子带个数，记为N，平台运动速度矢量，记为V，雷达系统距离向采样点数，记为N_r，雷达系统方位向采样点数，记为N_a，步进频SAR雷达系统天线初始位置，记为P_t(0)，场景中心坐标，记为P_c，R₀＝|P_t(0)-P_c|为最短斜距；第n个子带在慢时间η和快时间t的原始回波数据，记为E_m(t,η,n)，t＝1,2,…,N_r，η＝1,2,…,N_a，n＝1,2,…,N，其中t，η和n为自然数，N_r为初始化得到的步进频SAR雷达系统距离向采样点数，N_a为初始化得到的步进频SAR雷达系统方位向采样点数，N为初始化得到的步进频SAR雷达系统发射的序贯子带脉冲个数；

步骤2、对步进频SAR雷达系统天线原始回波数据进行距离压缩：

采用标准合成孔径雷达距离压缩方法对步骤1中得到的原始回波数据E_m(t,η,n)进行距离压缩，压缩后的回波数据记为S_r(t,η,n)，t＝1,2,…,N_r，η＝1,2,…,N_a，n＝1,2,…,N；

步骤3、将压缩后的回波数据变换到距离频域并进行回波升采样

采用标准距离向傅里叶变换方法，将步骤2得到的距离压缩后的回波数据S_r(t,η,n)变换到距离频域，变换后得到的信号，记为S_f(k,η,n)，k＝1,2,…,N_r，η＝1,2,…,N_a，n＝1,2,…,N，其中k为距离频域的采样点；

采用标准信号升采样方法，将变换到距离频域后的回波信号S_f(k,η,n)进行升采样，升采样后的信号，记为S_ff(k',η,n)，k'＝1,2,…,N_r×Times，η＝1,2,…,N_a，n＝1,2,…,N，其中Times表示升采样倍数；

步骤4、采用频域BP成像算法分别对各个子带进行投影成像处理：

对于频域BP算法，投影成像空间为图像空间频域；

步骤4.1采用公式Δk_x＝2π/R₀，Δk_y＝2π/Y₀，分别计算空间谱网格的距离向空间频率间隔Δk_x和方位向空间频率间隔Δk_y，其中X₀和Y₀分别为距离向和方位向的场景尺寸；

采用公式分别计算空间谱网格的距离向空间频率点数N_x和方位向空间频率点数N_y，则空间谱网格共有N_x×N_y个频率点，ρ_x和ρ_y分别为距离向和方位向的图像分辨率，表示向上取整操作；

步骤4.2记任意一个频率点的坐标为(n_x,n_y,n),n_x∈{0,1,...,N_x},n_y∈{0,1,...,N_y},n∈{1,2,…,N}；

采用公式计算频点(n_x,n_y,n)后向投影在k域中的索引，其中为图像距离向中心频率，f_c(n)＝f₀+(n-1)×Δf为第n个子带的中心频率，f₁＝f_c(n)-F_s/2为距离向第一个频率单元，f_Δ＝F_s/N_r，表示向上取整操作；

步骤4.3、采用公式计算频率点(n_x,n_y,n)对应的后向投影值，其中φ₁＝exp{-jk_yy(η)}，R0为步骤1定义的最短斜距，S_ff为步骤3得到的升采样后回波信号S_ff(k',η,n)，k'＝1,2,…,N_r×Times，η＝1,2,…,N_a，n＝1,2,…,N；

采用公式计算频率点(n_x,n_y,n)对应的图像空间谱值；

步骤4.4采用步骤4.2～步骤4.3所述方法对空间谱网格N_x×N_y个频率点中每一个频率点执行相同操作，得到第n个子带的图像空间谱H(n)，n＝1,2,…,N；

步骤4.5采用标准二维傅里叶逆变换方法对H(n)进行二维IFFT，得到空域图像Im(n)，n＝1,2,…,N；

步骤5、对得到的各个子带图像进行距离向空间谱频移：

采用公式对步骤4得到的空域图像Im(n)中由距离变量产生的相位进行补偿，得到Im_m(n)；

采用公式Im_s(n)＝Im_m(n)×exp(jk_shift)对各个子带图像进行距离向空间谱频移，得到频移后的空域图像记为Im_s(n)，n＝1,2,…,N，其中频移量空间频率步进量

步骤6、对频移后的各个子带图像进行距离向空间谱累加：

空间频率步进量k_Δ小于或者等于子带图像距离向带宽K_r；当k_Δ＝K_r时，子带图像距离向空间谱主频带将不会重叠，合成谱的幅度也不会被抬高，这意味着合成图像不会存在栅瓣；但是当k_Δ＜K_r时，合成图像将出现栅瓣，并且旁瓣性能会恶化；消除合成图像栅瓣并提高旁瓣性能的一种有效且简洁的方法就是进行图像空间谱截断，除去重叠谱对合成性能的影响；子带图像空间谱自动截断步骤如下：

步骤6.1、采用标准方位向傅里叶变换将步骤5得到的空域图像Im_s(n)变换到距离波数域，得到变换后的图像Im_w(n)；

采用公式计算图像距离向带宽和频率步进量对应的空间频率点数N_b和N_Δ，其中表示向上取整，表示向下取整，为波数域子带距离向带宽，B_r雷达平台主天线发射信号带宽，Δk_x为距离向空间频率采样间隔，为空间频率步进量；

步骤6.2、采用公式计算第n个子带图像距离向空间谱截断处的频率点d_c(n)，N_x为距离向空间频率点数；

步骤6.3、截取空间频率点位于d处的第n个子带图像距离空间谱，d∈D_n，对于不同的子带图像，D_n为

Dn=1≤d≤dc(n-1)-1,n=1dc(n-2)≤d≤Nx,n=4dc(n-2)≤d≤dc(n-1)-1,n=others]]>

根据D_n对不同子带图像Im_w(n)进行距离向空间谱截取，n＝1,2,…,N，再将截取后的图像进行累加得到Im_a，即在距离向得到展宽的标准矩形谱；

步骤7、距离向傅里叶逆变换：

采用标准距离向傅里叶逆变换将距离向空间谱累加后的数据Im_a变换到空域，最终实现步进频SAR图像域宽带合成成像。